1.- OTF000001 Digital Microwave Communication Principle ISSUE 1.01_ES
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Principios deComunicación Digital
Microondas
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Prólogo
Este curso está desarrollado para los requerimientos de equipos
OptiX RTN.
Este curso presenta el conocimiento básico de comunicación
digital microondas. Los ingenieros pueden tener un entendimientobásico de los equipos OptiX RTN luego de finalizado el curso.
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Guía de Aprendizaje
Antes de este curso, puede verificar las siguientes referencias:
Principios SDH
Tecnología de Comunicación de Redes
Electromagnetismo Básico
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Objetivos
Al finalizar este curso, estará en la capacidad de:
Describir el concepto y caracteristicas de la comunicación digital
microondas.
Describir la teoría y función de cada parte en el sistema demicroondas digital
Listar las aplicaciones de red para los sistemas de microondas
digital
Listar los tipos de desvanecimiento en propagación microondas
Listar las tecnologías comunes para contrarrestar el
desvanecimiento
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Contenido
1. Perspectiva de Comunicación Digital Microondas
2. Introducción a los equipos de microondas digital
3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital4. Propagación Microondas y tecnologías para contrarrestar
el desvanecimiento
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Metodos de Transmisión paraComunicación
Fiber
Microwave
Satellite
MUX MUXRadioTer.
RadioTer.
Coaxial Cable
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Transmisión por Fibra y Microondas
Viaja por el espacio aereo,poco terreno requerido
Requiere grandes terrenospara la ubicación de fibras
Microondas (MO) Fibra Óptica
Baja inversión, mantenimiento
sencillo y en períodos cortos
Alta inversión, largos
períodos de construcción
Soporta desastres naturales por restauración sencilla y rápida
Mantenimiento afectadopor desastres naturales
Requiere solicitar licencias parauso de frecuencia
No requiere solicitar licenciaspara uso de frecuencia
Rendimiento afectado por elclima y forma del terreno
Rendimiento estable, bajainfluencia del entorno
Baja capacidad de transmisión Alta capacidad de transmisión
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Definición de Microondas (MO)
Microondas (MO)
Un tipo de onda electromagnética.
Rango de radio frecuencia desde 300 MHz hasta 300 GHz.
Se considera como una onda plana.
El campo eléctrico y magnético son perpendiculares en la
dirección de transmisión de la onda plana. Así, es denominada
onda de Campo Eléctrico y Magnético Transversal (TEM).
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Conceptos de comunicación digitalMO La comunicación que usa microondas como portadora es
denominada Comunicación Microondas.
La comunicación microondas con señal banda base digital,
es denominada Comunicación Digital Microondas.
Existe una frecuencia intermedia entre la señal digital
bandabase y la señal de radio frecuencia.
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Desarrollo de la comunicación MO
Nota: capacidad menor de 10M es considerada baja, de 10 a 100Mmedia y mas de 100M gran capacidad.
155M
34/140M
2/4/6/8M
480 tonechannels
Sistema MO
Digital SDH
Sistema MO
Digital PDHSistema MO Digital
de capacidad
Media y Baja
Sistema MO
analógico
Capacidad/ch
1950¶s
1970¶s
1980¶s
1990¶s hasta ahora
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Banda de Frecuencias y Canal deRadio Las bandas de frecuencia común:
7G/8G/11G/13G/15G/18G/23G/26G/32G/38G (por rec. ITU-R)
85432 10 201 30 40 50
1.5 2.5GHzRed
Regional
Red BackboneLarga Distancia
Red local y de área,red de borde
2834
Mbit/s
28
34140155Mbit/s
3.3 11 GHz
GHz
34140155
Mbit/s
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Banda de Frecuencia y Canal deRadio (cont.) La frecuencia central, espaciamiento T/R y espaciamiento de
canal están definidos en cada banda de frecuencia.
f 0(frec. central)
Alcance de Frecuencia
Channelspacingf 1 f 2 f n f 1¶ f 2¶ f n¶
Channelspacing
T/Rspacing T/R spacing
Banda de Frec. Baja Banda de Frec. Alta
Espaciamientode Protección
AdjacentT/R
spacing
Espaciamientode Protección
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Banda de Frecuencia y Canal deRadio (cont.)
f 0(7575M)
Alcance de Frecuencia74257725MHz
28M
f 1=7442 f 5 f 1¶=7596 f 2¶ f 5¶
T/R spacing:
154M
f 2=7470Alcance de
Frec.
F0 (MHz) T/R spacing (MHz) Espaciamiento de
Canal (MHz)
High site / low site
7425--7725 7575 154 28 Fn , Fn¶
7575 161 7
7110--7750 7275 196 28
7597 196 28
7250--7550 7400 161 3.5
««. «« «« «« ««
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Modos de Modulación para MODigital La portadora de microondas es modulada digitalmente por
la señal banda base.
Señal Digital Banda BaseSeñal de Frecuencia
Intermedia (IF)
Base bandSignalrate
Ancho deBanda de
CanalModulación
Señal deServicio
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Modos de Modulación para MODigital (cont.) La señal portadora de frecuencia puede ser descrita como:
Amplitude Shift Keying (ASK): A es variable, Wc y son constantes Frequency Shift Keying (FSK): Wc es variable, A y son constantes Phase Shift Keying (PSK): es variable, A y Wc son constantes Quadrature Amplitude Modulation (QAM): A y son variables, Wc es
constante
A*COSWc*t+
Amplitud Frequencia Fase
PSK y QAM sonusadas
comúnmente enMO digital
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Estructura de Trama MO
Radio frame complementary overhead (RFCOH):
RFCOH
ATPC64Kb/s
DMY64Kb/s
MLCM11.84Mb/s
RSC864Kb/s
WS2.24Mb/s
XPIC16Kb/s
ID32Kb/s
INI144Kb/s
FA288Kb/s
15.552Mb/s
SOH Payload
STM-1 155.52Mb/s
171.072Mb/s
RSCMO service controlMLCM: Multi-level coded modulation IN: N:1 switch instructionDMY: Dummy ID:IdentificationXPIC: Cross polarization interference counteract FA: Framesynchronization
ATPC: Automatic transmitter power control WS Wayside services
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Estructura de Trama MO (cont.)
Los datos del RFCOH y STM-1 estan bloqueados por multi-trama,existen 6 filas en una multi-trama, 3564 bits por fila. Una multi-trama consiste en dos sub-tramas, y 1776 bits para una fila enuna sub-trama. Los otros 12 bits son usados para FS.
Multi-frame 3564bit
Sub-trama 2
1776bit148 units
FS
6bit
Sub-trama 1
1776bit148 units
FS
6bit
6rows
C1IIC1IIC1IIC1II
C2IIbIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
C1IIC1IIC1IIC1II
C2IIbIIaIIIIIIIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
12bit first unit 12bit 148th unit
ISTM-1 date bit C1,C2: 2 Level error correction monitor bit FS: Frame sync. a,b:other RFCOH
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Preguntas
¿Que es microondas? ¿Que es comunicación digital microondas?
¿Cuales son las bandas de frecuencia comúnmente usadas en
MO digital?
¿Cuáles son los conceptos en el arreglo de bandas de frecuencia
para MO digital?
¿Qué modos de modulación son comunmente usados? ¿Que
modos de modulación son usados en MO digital?
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Contenido
1. Perspectiva de Comunicación Digital Microondas
2. Introducción a los equipos de microondas digital
3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital4. Propagación Microondas y tecnologías para contrarrestar
el desvanecimiento
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Tipos de Equipos de MicroondasDigital (MO)
MO Digital
PDH SDH
MO montaje-separado
MO Troncal
MO Todo-outdoor
Capacidadmedia, baja216E1
34M
Grancapacidad
STM-0STM-12 x STM-1
Descontinuado
MO AnalógicaModos
Capacidad
Estructura
Multiplex.
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Equipo MO Troncal
Equipo MO SDH
BRU: Branch of RF unit,rama de unidad RF
MSTU: Main signal transceiver unit,Unidad Principal Tranceptora de Señal
(transceptor, modem, interfaz electricaSDH, módulo hitless)
SCSU: surveil, control, switch unit.Unidad de monitoreo, control yconmutación
BBIU: baseband interface unit,Unidad de Interfaz BandaBase(Opcional: Interfaz óptica STM-1,Interfaz PDH C4)
P
M1
M2
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Equipo MO Todo-Outdoor
Equipo MO Todo-Outdoor
Unidad de Procesamiento deSeñal Banda Base e IF
Cable IF
Unidad de procesamientode señal RF
Cable de Alimentación y Servicio
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Equipo MO Montaje-Separado
Equipo MO Montaje-Separado
Antena
Unidad RF o UnidadOutdoor (ODU)
Cable IF
Unidad Indoor
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Equipo MO Montaje-Separado(cont.)
Antena: enfoca la señal RF enviada por la ODU,
incrementa la ganancia de la señal
ODU: Procesamiento de señal RFconversión
entre señal IF y RF.
Cable IF: Transmisión para señal de servicio en IF,
señal de administración y energía de la ODU.
IDU: Acceso de servicios, distribución,
multiplexación, modem, entre otros.
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Instalación de Equipo Montaje-Separado
Antena
(ODU) Cable IF
Instalación Separada
Guia de ondasFlexible
IDU Interfaz IF
Antena
ODU
IDU
Instalación Directa
Cable IF
Interfaz IF
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Antena La antena permite la propagación y recepción de las ondas
electromagnéticas desde/hacia el transmisor en una dirección.Generalmente se utilizan antenas tipo paraboloide y KasaiGreen
Los diámetros comunes de las antenas son: 0.3, 0.6, 1.2, 1.8,2.4, and 3.0m, etc.
Antena Paraboloide Antena Kasai Green
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Antena (cont.)
Varios canales en una banda de frecuencia puedencompartir una antena.
Tx
Rx
Tx
Rx
Canal Canal
1
1
nn
1
1
nn
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Alineación de Antenas
Vista LateralLóbuloLateral
Lóbulo Posterior
Vista Superior
Lóbulo Posterior
LóbuloLateral
Lóbulo Principal
Lóbulo Principal
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Alineación de Antena
CorrectoMalMal
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Especificaciones de las Antenas
Ganacia de la antena
La razón entre potencia de entrada de una antenaisotrópica (Pio) a la superficie de la antena (Pi) cuandopresentan la misma intensidad de campo eléctrico en el
mismo punto. Puede ser calculada por la formula (unidad: dB) :
Ángulo de potencia media (ancho de haz a 3 dB)
Desde el lóbulo principal, viendo hacia ambos lados, lospuntos donde la potencia disminuye a la mitad son los
puntos de potencia media. El ángulo entre esos dospuntos se denomina, ángulo de potencia media.
La formula de cálculo aproximada es:
LPT
¹ º
¸©ª
¨!!2
D
P
P G
i
io
D
P U )70~65(
00
5.0 ! Half power angle
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Especificaciones de las Antenas(cont.) Discriminación Cross Polarización (XPD)
La intensidad de potencia recibida en la polarización esperada (Po)
con respecto a la otra polarización (Px). Debe ser mayor a 30dB. La
formula es:
XdB10lgPo/Px
Razón de protección de la antena
Es la razón de atenuación recibida en los otros lóbulos, con
respecto a la atenuación recibida en el lóbulo principal. La razón deprotección de antena de 180° es tambien denominada protección
frente/atrás.
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Unidad Outdoor
Especificaciones principales del transmisor
Banda de frecuencia de trabajo:
Una ODU puede operar en una banda de frecuencia o una
parte de una banda de frecuencia.
Potencia de salida:
La potencia al puerto de salida del transmisor.
El rango típico es desde 15 a 30 dBm.
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Unidad Outdoor (cont.)
Especificaciones principales del transmisor (cont.)
Estabilidad en frecuencia
La estabilidad de la frecuencia de oscilación de la unidad
microondas es desde 3 a 10 ppm.
Trama de espectro de frecuencia de transmisión
Un alcance de frecuencia restringido se denomina Trama de
espectro de frecuencia
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Unidad Outdoor (cont.)
Especificaciones principales del receptor
Banda de frecuencia de trabajo:
La frecuencia de recepción de la estación local es la misma
que la de transmisión en la estación remota
Estabilidad de frecuencia
El requerimiento es desde 3 a 10 ppm.
Figura de ruido La figura de ruido del receptor de microondas digital es
desde 2.5 a 5 dB.
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Unidad Outdoor (cont.)
Especificaciones principales del receptor (cont.)
Banda de paso
El valor típico es 1 o 2 veces la razón de transmisión.
Selectividad
La habilidad de supresión contra interferencia mas alla de la
banda de transmisión
Rango de Control Automático de Ganancia (AGC)
Automáticamente controla la ganancia para mantener el mismonivel de potencia de salida IF cuando ocurre un cambio en la
potencia RF recibida debido al desvanecimiento.
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Unidad Indoor
Accesa servicios como E1 o STM-1
Procesa RFCOH
Realiza conversión de señales entre banda base e IF
I n t er f az d e C a b l e
Desde/HaciaODU
Tx IF
Rx IF
Modulación
Demodulación
Multiplexación de trama
MO
Demultiplexación de
trama MO
Acceso deservicios
Unidad IF
Canal de
Servicio
Canal deServcio
Conversor DC/DC
Unidad de Monitoreoy Control
Interfaz
de O&M
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Preguntas
¿Cual es la clasificación de equipos MO digital?
¿Que componentes se encuentran en un equipo de MOdigital montaje-separado? ¿Cual es la función de cada uno
de ellos?
¿Cuales son los parámetros principales de una antena?
¿Cuales son los parámetros de transmisión y recepción enla ODU?
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Resumen
Clasificación de equipos de microondas digital
Funciones de los componentes en un equipo de MO digital
montaje-separado
Parámetros de la antena
Parámetros de la ODU
Función de la IDU
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Contenido
1. Perspectiva de Comunicación Digital Microondas
2. Introducción a los equipos de microondas digital
3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital
4. Propagación Microondas y tecnologías para contrarrestar
el desvanecimiento
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Aplicaciones Comunes de Redes
AnilloEnlace Punto
a Punto
Enlaceadd/drop
Árbol
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Tipos de Estaciones de MO Digital
Las estaciones de MO digital incluyen: estación terminal,estación repetidora y estación pivote
EstaciónTerminal
EstaciónTerminal
Estación
Terminal
Estación
Pivote
EstaciónPivote
EstaciónRepetidora
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Tipos de Estaciones Repetidoras
EstaciónRepetidora
Activa
Pasiva Reflector parabolico
Reflector plano
Repetidor regenerativo
Repetidor IF
Repetidor RF
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Estaciones Repetidoras Activas
Estación RF directa:
Amplifica la señal MO en banda RF de forma bidireccionalsin cambio de frecuencia.
Estación repetidora regenerativa:
Extiende la distancia de propagación MO y cambia ladirección para rodear obstaculos.
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Estaciones Repetidoras Pasivas
Reflectores parábolicos:
Consiste en dos antenas parabólicas que están conectadasback to back con una sección de guia de ondas
Reflectores planos:
Un panel de metal con una superficie lisa y con gran áreaefectiva.
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Repetidores pasivos (reales)
Reflectores Planos Reflectores parabólicos
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Aplicación de MO Digital
Complementopara redes
ópticas(acceso deúltima milla)Red de
transportepara BTS
Respaldo deenlaces
críticos Acceso aclientes VIP
Comunicacionde emergencia(gran actividad,
crisis
Situaciónespecial detransmisión(rios, lagos,
islas) Aplicación Aplicacióndede
MicroondasMicroondas
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Preguntas
¿Que aplicaciones de red son usadas comunmente por MOdigital?
¿Que tipos de estaciones existen en un sistema de MOdigital?
¿Que tipos de estaciones repetidoras existen?
¿Cuales son las aplicaciones para un sistema de MO digital?
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Contenido
1. Perspectiva de Comunicación Digital Microondas
2. Introducción a los equipos de microondas digital
3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital
4. Propagación Microondas y tecnologías para
contrarrestar el desvanecimiento
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Contenido
4. Propagación Microondas y tecnologías para
contrarrestar el desvanecimiento
4.1 Propagación MO y desvanecimiento
4.2 Tecnologías para contrarrestar el desvanecimiento
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Factores que afectan la propagaciónMO Forma del terreno:
La reflexión desde el terreno afecta la señal recibida desde la direcciónprincipal
4 tipos de terreno: A: Región montañosa (o región con gran cantidad de edificios)
B: Foothill (la fluctuación del terreno es poca)
C: Terreno plano
D: Gran acumulación de agua
DirectoReflexión
Directo
Reflexión
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Factores que afectan la propagaciónMO (cont.)
Atmosfera y clima:
La absorción atmosférica afecta principalmente la señal de
microondas cuya frecuencia está sobre los 12 GHz. Refracción, reflexión y dispersión en la tropósfera.
Perdidas por dispersión y absorción causadas por lluvia,
niebla y nieve. Principalmente afecta la señal de microondas
cuya frecuencia está sobre los 10 GHz.
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Clasificación de desvanecimiento
Mecanismo
Perdidas de absorción
Desvanecimiento delluvia y niebla
Scintillation fading
Desvanecimientofactor K
Desvanecimientotipo ducto
DuraciónSostenida
Nivelrecibido
Efecto
Desv. rápido
Desv. lento
Desv. Upward
Desv. Downward
Desv.Plano
Desv. Selectivo enfrecuencia
Desvanecimientoen espacio libre
Desvanecimiento
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Desvanecimiento de Espacio Libre
Formula: A = 92.4 + 20 log d + 20 log f d = distancia en km f = frecuencia en GHz
Nivel dePotencia
PTX = Potencia Salida
G = Ganancia de Antena
A = Pérdida espacio libre
M = Margen de desv.
PTX
distance
GTX GRX
PRX
A
MUmbral de Recepción
G
d
G
f
PRX = Potencia Recepción
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Perdidas de Absorción
Principalmente causado por la atmosfera.
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Desvanecimiento por lluvia y niebla
Generalmente, bandas de frecuencia diferentes
tienen distinta pérdida.
Menos de 10 GHz, el desvanecimiento causado por lluvia yniebla no es serio.
Mas de 10 GHz, la distancia de repetidor esta limitada por el
desvanecimiento causado por las lluvias.
Mas de 20GHz, la distancia de repetidor es de solo algunos
kilometros debido al desvanecimiento por lluvia y niebla.
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Desvanecimiento por Factor K
Un radio equivalente: Re=KR (R es el radio real de la tierra).
El valor de K depende de los fenómenos meteorológicoslocales
Re
R
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Desvanecimiento por Scintillation
La nube de particulas formada en la atmosfera local por presión, temperatura o humedad es diferente a otrasareas y la onda presenta dispersión.
sketch map of Scintillation fading
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Desvanecimiento tipo ducto
Cuando las ondas pasan la guia de ondas atmosférica,ocurre un fenómeno denominado super reflexión.
sketch map of Duct Type fading
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Desvanecimiento y propagaciónMulti-Camino
Los caminos de recepción
incluyen rutas directas y otras
rutas reflejadas.
El desvanecimiento multi-
camino es causado por la
interferencia de señales de
distintas rutas de propagación
Ground
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Desvanecimiento Plano
1 h
Nivel derecepción
en espaciolibre
Umbral(-30dB )
Interrupción deSeñal
Upwardfading
Desv.Rápido Desv.
Lento
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Desvanevimiento Selectivo enFrecuencia
Frec. (MHz)
P o t e n
c i a R e c i b i d a ( d B m )
Normal
Plana Desv. Selectivo
El desvanecimiento selectivo en frecuencia causarádistorsión en-banda y disminuye el margen dedesvanecimiento original del sistema.
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Contenido
4. Propagación Microondas y tecnologías para
contrarrestar el desvanecimiento
4.1 Propagación MO y desvanecimiento
4.2 Tecnologías para contrarrestar el desvanecimiento
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Tecnologías para contrarrestar eldesvanecimiento
Tipos Efecto mejorado
Tecnologías
anti-desvanecimientorelacionadascon la unidad
Ecualización adaptativaDistorsión de la forma
de onda
Cancelación de Interferencia
por Cross Polarización (XPIC)
Distorsión de la formade onda
Control Automático de Potenciade Transmisión (ATPC)
Reducción de potencia
Corrección de Errores Adelantada (FEC)
Reducción de potencia
Tecnologíasanti-
desvanecimientorelacionadas
con el sistema
Tecnologías de diversidad enrecepción
Distorsión de la formade onda y Reducción de
potencia
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Ecualización Adaptativa enFrecuencia
Espectro deseñal
Desv. Multi-
camino
Ecualizacióndel dominio defrecuencia en
pendiente
Espectroluego de
Ecualización
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Ecualización Adaptativa en Tiempo
Antes deEcualización
T T T
Luego deEcualización
C-n C0 Cn
Ts-Ts-2Ts Ts-Ts-2Ts
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Control Automático de Potencia deTransmisión ATPC es utilizado para reducir la interferencia a un sistema
adyacente, desvanecimiento en sentido de subida, consumo deenergía DC y refina las caracteristicas de rata de error residual.
modulador Transmisor
Receptor Demodulador
ATPC
Receptor
ATPC
Transmisor Modulador
Demodulador
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XPIC
XPIC es Cancelación de Interferencia por CrossPolarización.
Direccióndel campoeléctrico
PolarizaciónHorizontal
PolarizaciónVertical
Configuración de frecuencia en banda U6GHzITU-R F.384-5
30MHz 80MHz
60MHz
340MHz
1 2 3 4 5 6 7 8
680MHz
V (H)
H (V)
1¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ 7¶ 8¶
30MHz
80MHz60MHz
340MHz
680MHz
1 2 3 4 5 6 7 8
V (H)
H (V)
1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X
1¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ 7¶ 8¶
1X¶ 2X¶ 3X' 4X¶ 5X¶ 6X¶ 7X¶ 8X¶
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Diversidad en Recepción
La diversidad en recepción es usada para minimizar
los efectos de desvanecimiento. Incluye::
Diversidad Espacial (SD)
Diversidad en Frecuencia (FD)
Diversidad en Polarización
Diversidad Angular
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Diversidad en Frecuencia
Como ventaja, solo requiere un conjunto de antena yfeeder pero, como desventaja, el uso de la banda defrecuencia es bajo.
f1
f 2
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Diversidad Espacial
Como ventaja, permite ahorrar recursos en frecuencia,pero el sistema es mas complejo al requerir dos o masconjuntos de antena y feeder..
f1
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Otros métodos antidesvanecimiento
Bloqueando la onda reflejada por algún terreno uobstáculo.
O é d id i i
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Otros métodos antidesvanecimiento(cont.) Diferente altura de antenas en un salto.
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Preguntas
¿Cuales son los factores que afectan la propagación microondas?
¿Que tipos de desvanecimiento existen en la propagación
microondas?
¿Que tipo de tecnologías antidesvanecimiento pueden ser
utilizados?
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Resumen
Definiciones de Comunicación Digital Microondas.
Arreglo de Bandas de Frecuencia y Canal de Radio
Estructura y función de equipos de microondas digital
Aplicación de comunicación digital microondas
Propagación microondas y desvanecimiento
Tecnologias antidesvanecimiento
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Thank youwww.huawei.com