Dimensionamiento link budget (uplink/downlink)

En el link budget, parámetros como la ganancia de la antena, pérdidas por cables, ganancias por diversidad, márgenes de desvanecimiento y otros son tomados en cuenta.

El resultado de los cálculos realizados para  link budget es la máxima pérdida de propagación de trayecto permitida (maximum allowed propagation path loss), que es un valor imprescindible para poder determinar el radio de celda y, por ende, el número de sitios necesarios.

A diferencia del  link budget de tecnologías basadas en TDMA/FDMA y GSM, existen algunos parámetros que son específicos para  WCDMA, como el margen de interferencia, el margen de desvanecimiento rápido y la ganancia por soft handover.

Link Budget estima los niveles aceptables de potencia de la señal mediante el cálculo del máximo permitido, capaces de Pérdida en el trayecto (MAPL). Durante este análisis, varias hipótesis deben ser realizadas y documentadas. Estas hipótesis se concentran en unos pocos escenarios que representan el área de des-pliegue. Un inconveniente de Presupuestos Enlace es que presentan una visión simplificada de la red. Para la mejor precisión posible, las hipótesis deben ser seleccionadas con sumo cuidado.

Un suposicion fundamental es la homogeneidad de los parámetros a través de todas las células. En una red desplegada, la interferencia varía para cada usuario y cada célula debido a las diferentes UE los fabricantes, control de energía imperfecta, las condiciones de los diferentes canales, diferentes configuraciones de RF, y diferentes velocidades de bits.

Como complemento de la primera fase de dimensionamiento, suele hacer con una hoja de cálculo, la simulación completa de la red es necesaria. Estas pueden representar mejor el rendimiento de la red, suponiendo que todas las simulaciones se ejecutan utilizando ciertas herramientas. Sin embargo los  parámetros precisos, y las simulaciones requieren mucho tiempo y poco práctico cuando se requiere múltiples escenarios, como es el caso durante la planificación inicial.

Presupuestos de enlace son más limitados por su incapacidad para estimar la cobertura y la capacidad trade-offs. A pesar que el Link Budget incluye un período de carga (para el enlace ascendente o descendente), este término por lo general no representa una verdadera distribución del tráfico a través del tiempo, el servicio y localización. Estos factores afectan a la carga y son importantes para entender la capacidad de convergencia y trade-off

En contraste con la forma en que se hace comúnmente en FDMA / TDMA, la planificación de redes para WCDMA examina la trayectoria de enlace ascendente antes de la ruta de enlace descendente, tanto desde el CPICH y las portadores de radio diferentes. El enlace ascendente se examina en primer lugar porque la suposiciones son más simple y más ampliamente aceptada de lo que son para el enlace descendente. Esto se debe a varios factores, en particular, los siguientes:

·         Único punto de recepción (Uplink) frente a varios puntos de recepción (downlink).
Este factor es causa de las condiciones en el receptor a ser el mismo para todos los usuarios. En el enlace ascendente, control de potencia ideal se puede asumir. Esto significa que todos los usuarios reciben la misma potencia y crean la misma cantidad de interferencias a otros usuarios, incluso si las condiciones del canal son diferentes para cada ruta. En el enlace descendente, cada usuario está en condiciones de RF diferentes, en función de las condiciones del canal, las interferencias, y las condiciones de entrega.

Selección (Uplink) versus la combinación de (downlink) la entrega de ganancia.

Para cada enlace, soft/softer entrega tiene un impacto positivo. En el enlace ascendente, el hecho de que el mejor enlace puede ser seleccionado en un momento dado, arroja una ganancia que se puede considerar una reducción de log-normal desvanecimiento (LNF).

 Independencia (Uplink) frente a la interacción (downlink) de los usuarios. En el enlace ascendente, la potencia máxima a transmitir está limitado por la cantidad de energía disponible para cada usuario, esta determinada por la capacidad de cada UE. La potencia de transmisión requerida se ve afectada por otros usuarios en proporción a la interferencia que generan. En el enlace descendente, los usuarios interfieren sobre otros en la misma celda se reduce, debido a la ortogonalidad de los canales. Sin embargo, la cantidad de energía disponible el tráfico del canal depende de todos los usuarios, ya que solo se utiliza un amplificador de potencia.

DIMENSIONAMIENTO DE ESTACIÓN BASE

En comunicaciones por radio, una estación base es una instalación fija de radio para la comunicación bidireccional. Se usa para comunicar con una o más radios móviles o portátiles. Las estaciones base normalmente se usan para conectar radios bidireccionales de baja potencia, como por ejemplo la de un teléfono móvil, un teléfono inalámbrico o una computadora portátil con una tarjeta WiFi. La estación base sirve como punto de acceso a una red de comunicación fija (como la Internet o la red telefónica) o para que dos terminales se comuniquen entre sí yendo a través de la estación base.

En el área de las redes informáticas inalámbricas (WiFi o WiMAX), una estación base es un transmisor/receptor de radio que sirve como nexo (hub) de la red de área local inalámbrica. También puede servir como pasarela entre las redes inalámbrica y fija.

En el contexto de la telefonía móvil, una estación base (Base Transceiver Station (BTS)) dispone de equipos transmisores/receptores de radio, en la banda de frecuencias de uso (900 / 1800 MHz) que son quienes realizan el enlace con el usuario que efectúa o recibe la llamada con un teléfono móvil. Las antenas utilizadas suelen situarse en lo más alto de la torre, de edificios o colinas para dar una mejor cobertura y son tipo dipolo. Normalmente, está compuesta por un mástil al cual están unidas tres grupos de una o varias antenas equidistantes. El uso de varias antenas produce una diversidad de caminos radioeléctricos que permite mejorar la recepción de la información.

    En una red telefónica móvil, se tienen los siguientes elementos:

1. Estaciones Base
2. Controladores de la red de radio (RNC: Radio Network Controller)
3. Centros de operación y mantenimiento (OMC: Operation and Maintenance Center).

La estación base:

·         Se comunican con los teléfonos móviles que hay en su celda a través de una o varias antenas.

    Envían datos que reciben de un teléfono móvil RNC, que los reenvía a otra estación base (cuando el destinatario es otro móvil) o a otra red.

·         Se reparten por amplias zonas geográficas y han de ser muy fiables para reducir su coste de mantenimiento.

Además, la Estación Base dispone de algún medio de transmisión, vía radio o cable, para efectuar el enlace con la Central de Conmutación de Telefonía Móvil Automática, que a su vez encamina la llamada hacia el teléfono destino, sea fijo o móvil. Por lo general estas estaciones disponen también de baterías eléctricas, capaces de asegurar el funcionamiento ininterrumpido del servicio. En zonas densamente pobladas hay muchas estaciones base, próximas entre sí (células pequeñas). Las frecuencias deben ser cuidadosamente reutilizadas, ya que son escasas, por lo que cada Estación transmite con poca potencia a fin de que no se produzcan interferencias de una célula con otra célula próxima que use las mismas frecuencias. En cambio, en las zonas de baja densidad como por ejemplo las carreteras, las Estaciones están alejadas unas de otras y transmiten a elevada potencia para asegurar la cobertura en una célula extensa.

Arquitectura de una estación base:

·         Hardware:

·         Software:

Las estaciones base se componen de:

§  Antena o antenas: emisoras y receptoras de las señales de radio.

§  Equipos electrónicos: sirven para establecer y mantener la comunicación.

§  Equipos electrónicos exteriores (radio-enlaces) o interiores (fibra óptica o par de cobre) para la conexión de la estación base con la red de conmutación.

§  Baterías: sirven para garantizar el funcionamiento del sistema en caso de cortes del fluido eléctrico.

§  Sistema de refrigeración: permiten el correcto funcionamiento de la estación en épocas de calor.

Tipos de estaciones base:

Mástiles o Torres de Transmisión

Son estructuras altas que ofrecen la principal cobertura de red. Estas Torres transmisoras son colocadas en los laterales de calles, en espacios abiertos o áreas verdes. También son utilizados predios para que el trabajo de construcción no sea necesario y donde el impacto visual y ambiental sea limitado, las antenas se incorporan al medio mezclándose con su entorno a través de pintura o camuflándolas entre los árboles y estructuras ya existentes.

Micro células

Son instalaciones menores que ofrecen capacidad extra y llenan fallas en la cobertura de red. Pueden ser incorporadas como características de construcciones, fijadas en postes faros o en otras piezas del mobiliario urbano. Así, es posible disminuir el impacto visual que causan.

Otras estaciones base

Son pequeñas estaciones base utilizadas normalmente dentro de edificios, terminales de transporte o centros comerciales. Utilizan niveles de energía muy bajos y aumentan la recepción donde la cobertura es pobre o donde exista un gran número de usuarios. Dependiendo de las operaciones las redes 3G necesitarán más estaciones base que estén próximas unas de las otras, generalmente con antenas menores.

SISTEMAS DBS (Direct broadcast Satellite)

¿Qué es un Sistema DBS?

Un Sistema DBS es aquel que emplea la difusión directa por satélite, es decir, es un servicio que distribuye una señal de audio, vídeo o datos sobre una extensa zona predeterminada, haciendo uso de sistemas especialmente concebidos para ello, permitiendo la recepción con terminales de pequeño diámetro de aproximadamente 60 cm para TV.

Debido a su privilegiada posición espacial, los satélites son más adecuados para la difusión directa hacia terminales de usuario, ya que esto permite una conexión instantánea con una extensa zona. Además se puede conseguir grandes anchos de banda.

El sistema DBS tiene bastante éxito en aquellos países desarrollados donde las redes CATV no tienen  suficiente implantación.

Caraterísticas:

• Las señales se transmiten en formato digital en frecuencias microondas.
• Las frecuencias para DBS son más altas, con 17,3 a 17,8 GHz para señales de ida o upstream, y 12,2 a 12,7 GHz para señales de vuelta o downstream.
• Mayor salida de potencia con un ERP de 1 000 000 W.
• DBS utiliza antenas más pequeñas que las que se usan en banda C.
• Las antenas DBS son pequeñas y estacionarias, y en general se requiere pagar sólo a un proveedor.
• El sistema DBS es también muy fácil de configurar.
• DBS tiene una capacidad enorme de canales. 
• Las pérdidas en espacio libre son elevadas (de hasta 200 dB), por lo que se debe optimizar la ganancia de la antena, la eficiencia del transmisor.
• Retraso en la señal, puede causar ciertos problemas en aplicaciones.

Tipos de estaciones receptoras:

 Hoy en día se fabrican tres tipos de estaciones receptoras:

1. Instalaciones para viviendas unifamiliares: Son las instalaciones más simples y flexibles, pues al ser para un único usuario este puede incluir el equipo necesario para orientar automáticamente su antena hacia cualquier satélite dentro de un arco de uno 180° y recibir cualquier canal emitido por este satélite.
2. Instalaciones para comunidades de vecinos: Son las más comunes en nuestra ciudad. Estas instalaciones son más complejas al tener que servir a un mayor número de usuarios, lo que implica que para recibir varios canales se necesitan varias unidades conversoras.
3. Instalaciones profesionales para estaciones de cabecera de redes de CATV, centros repetidores de TV que reciben la programación vía satélite. Estas instalaciones son las más complejas y requieren antenas de gran diámetro.

Elementos de un Sistema DBS

• Antena: La antena de reflector parabólico se ha convertido en el símbolo del receptor terreno en un sistema de transmisión de señales de TV vía satélite. Su misión es captar las señales emitidas por el satélite y concentrarlas en el alimentador. La relación S/N que se puede conseguir depende del tamaño de la antena, por lo que las antenas se eligen con el tamaño mínimo para que la señal recibida llegue a los mínimos requeridos por los equipos de instalación.
• Alimentador: El alimentador se encarga de recoger las microondas concentradas en el foco de la parábola y pasarlas al elemento siguiente. El alimentador permite recibir todas las polaridades que llegan a la antena, las cuales serán separadas más adelante. Para separar las dos polaridades más usuales (polarización lineal, vertical y horizontal) hay dos tipos de dispositivos, uno para instalaciones de vecinos: ortomodo, y otro para instalaciones unifamiliares: polarrotor. 
• Polarrotor: Permite la recepción de las dos polaridades utilizando un solo conversor LNB. Su funcionamiento se basa en el giro de 90° de una sonda situada en su interior. Como se pierde los canales de la otra polaridad no puede utilizarse en instalaciones colectivas.
• Ortomodo: Permite la recepción simultánea de señales con polarización vertical y horizontal mediante la utilización de un repartidor de guías de onda en el que una de las guías se gira 90°. A él se tendrá que conectar dos conversores LNB, uno para cada polarización.        
• LNB: Conversores que se encargan de convertir en bloque las señales en las bandas 10.95-11.7 GHz, 11.7-12.5 GHZ ó 12.5-12.75 GHz a una frecuencia intermedia situada entre 950 y 1750 MHz con un bajo factor de ruido. Además de realizar la conversión, estos dispositivos tienen una elevada ganancia (50 dB) lo que permite conectarlos a un número elevado de unidades interiores de conversión a R.F. sin amplificador auxiliar.
• Dispositivo multisatélite: Este dispositivo es auxiliar y se utiliza para acceder a más de un satélite con una sola antena, sin necesidad de redireccionarla. Este dispositivo recibe el haz de la antena de una manera proporcional al desplazamiento del bloque de alimentación, el cual engloba todos los elementos anteriores y está situado en el foco de la parábola.
• Actuador lineal o tracker: Dispositivo de orientación automática que proporciona el movimiento necesario para poder rastrear con el disco parabólico un arco celeste de unos 180º y memoriza la posición de la antena necesaria para captar la señal de cada uno de los satélites situados en ese arco. El tracker se compone básicamente de un brazo telescópico que se extiende y contrae comandado por una unidad de control computarizada.
• Unidad interior individual: Esta unidad realiza las funciones de sintonía y de modulación dentro de un canal específico dentro del bloque de canales recibidos del LNB en la primera conversión a F.I.  Esta unidad se compone de las siguientes etapas:

1. Conversor de 1ª F.I a 2ª F.I.

2. Demodulador.

3. Procesado de vídeo.

4. Modulador de R.F.

5. Control de dispositivos externos.

• Repartidores de F.I: Dispositivo para instalaciones colectivas. La salida de los LNB va a repartidores de F.I a cuya salida se conectan unidades interiores sintonizadas a los canales que se quieren recibir. 
• Unidades interiores monocanales: Funcionan como las unidades individuales pero sintonizadas a un solo canal. Constan de tres bloques básicos:

1. Demodulador.

2. Procesador de audio-vídeo.

3. Modulador de R.F.

Capacidad de los Satélites en Canales de TV Digitales:

Un ancho de banda usual para un transpondedor analógico de un sistema de satélites de DBS es de 36 MHz. En este ancho de banda es posible utilizar una modulación de datos de 28 millones de símbolos por segundo. Esto hace que si se utiliza una modulación 4-QPSK, sean necesarios 2 bits por símbolo y por tanto la capacidad de transmisión por transpondedor sea de unos 56 Mbit/s.

En el escenario típico anterior significa 8 canales por transpondedor analógico para un escenario típico. Un sistema de 5 transpondedores, por ejemplo el satélite Hispasat, permitiría unos 40 canales de TV y un sistema de 11 transpondedores podría llegar a los 90 canales de TV digital.

Bandas de Frecuencia de Trabajo

Aunque los primeros satélites de comunicaciones que se utilizaron en EEUU para transmitir señales de TV emplearon la banda C, hoy día el enlace descendente de los satélites con cobertura Europea utilizan la banda Ku (10.900-12.750 MHz).

La difusión de señal de TV puede realizarse mediante satélites de servicio fijo (FSS) que están diseñados para difundir señal telefónica de servicio fijo y otras señales de comunicaciones, o mediante satélites pensados para difundir directamente señal de TV o radio a los usuarios como es DBS (Direct Broadcast Satellite).

La distribución dentro de la tabla Ku se resume en la siguiente tabla:

Para ampliar la capacidad de canales que se pueden transmitir por cada una de estas bandas, se recurre al concepto de polarización. La polarización es una característica intrínseca de las ondas electromagnéticas. Puede definirse de una manera simple como la trayectoria descrita por el vector campo eléctrico a una onda electromagnética en propagación.

Los tipos de polarización utilizados en las transmisiones de señales de TV por satélite son:

1.       DBS: Polarización Circular: a derechas o a izquierdas:

En este caso, el campo eléctrico asociado a la onda electromagnética incidente en la antena avanza girando sobre su eje. Si el giro se produce en el sentido de las agujas del reloj, se denomina polarización a derechas o destrógira, y si se realiza en sentido contrario, a izquierdas o levógira.

2.       FSS: Polarización Lineal: horizontal o vertical:

En este caso, el campo eléctrico describe una trayectoria lineal. El concepto de vertical y horizontal se aplica a un par de ondas con polarización lineal cuyos vectores de campo eléctrico son ortogonales.

Situación actual del DBS en el mundo

1.       Situación en USA:

La difusión de Tv por satélite empezó en USA con satélites que distribuían a estaciones repartidoras por cable equipadas con grandes antenas parabólicas que trabajaban en banda C. Surgió un mercado de antenas parabólicas en aquellas zonas en las que no era posible la recepción por cable, preferentemente en áreas rurales. 

Proveedores:
- DirecTV(div. of Hughes Electronics): DirecTV es actualmente el proveedor líder entre los servicios de DBS con más de 185 canales de calidad digital difundidos a los hogares y negocios que estén equipados con las unidades de recepción y antenas de 18''.

Los satélites que utiliza fueron construidos por Hughes electronics . Son tres satélites de alta potencia que emiten en banda Ku con 16 transpondedores de 120 W . Operan en la longitud 101° Oeste. Estos satélites están entre los  satélites comerciales más poderosos. El primer satélite, DBS-1, fue lanzado en diciembre de 1993. El segundo, DBS-2,  fue lanzado en agosto de 1994 y el tercero, DBS-3, fue lanzado el 9 de Junio de 1995.

El enlace de subida (uplink) está localizado en el Castle Rock Broadcast Center (CRBC), Colorado. El Centro de difusión es uno de los más sofisticados del mundo, y es el concentrador de los servicios de DirecTV.

Todas las emisiones de DirecTV se originan en el CRBC. Éste es un centro de 55.000 pies cuadrados con 8 estaciones receptoras de satélite y 4 antenas transmisoras de 13 metros de diámetro.

La interactividad se resuelve en DirecTV con una conexión telefónica al receptor, a través de la cual se hará las peticiones de programación como el pay per view, eventos deportivos, entre otros. Esta conexión no interferirá el uso normal del teléfono porque el receptor realiza una llamada gratuita al centro de control en la madrugada.

-          DirecPC: Center for Satellite and Hybrid Communication Networks (CSHCN) y Hughes Network Systems (HNS) han estado trabajando juntos para desarrollar un nuevo tipo de acceso a Internet basado en el uso de terminales híbridos. Este modelo de servicio híbrido (Hybrid Internet Access) se basa en el uso de las redes de cable y DBS ya existentes. Esto aportará interactividad y acceso a la información a través de canales asimétricos. Uno de los servicios aportados por la Hybrid Satellite Terrestrial Network (HSTN) es el acceso a alta velocidad a Internet basado en un protocolo TCP/IP asimétrico, en concreto el acceso es de 400kbps en el trayecto de bajada. 

-          DISH network: El servicio DISH network (Digital Sky Highway) es un servicio DBS que pertenece a la empresa Echostar. Fue introducido en el año 1996, por lo que fue el servicio que más tarde llegó al mercado del DBS en EE.UU. Actualmente tiene 4 satélites en órbita que ofrecen más capacidad que cualquier otro proveedor, ofreciendo casi 300 canales desde 3  localizaciones orbitales.

1.       Situación en Europa:

Las comunicaciones en Europa han sido dominadas por los organismos estatales, nacionales y europeos, al contrario que en EE.UU, donde la difusión opera en un mercado libre.
Debido a la variedad de lenguas y culturas existentes en Europa, el DBS tiene como dificultad la implantación de una televisión sin fronteras, sin embargo, el hecho de que la televisión por cable no esté muy desarrollada juega a su favor. 

Los sistemas DBS propuestos hasta ahora son:

-          ASTRA: pertenece a la Sociedad Europea de Satélites. Tiene dos posiciones orbitales asignadas en: 19.2° Este y 28.2° Este; en total tiene 148  transpondedores con un capacidad para más de 500 canales de TV (analógicos y digitales) y más de 300 canales de radio (analógicos y digitales).

-          HISPASAT: Los servicios que ofrece son: DBS con capacidad para 5 canales de TV de 27 MHz de ancho de banda; también ofrece ayuda al servicio fijo como la RTB y la  RDSI.

Ademas de los sistemas: BBS que es británico, Eiresat que es irlandés, Europesat y Eutelsat II, Olympus que pertenece a la Agencia Espacial europea, Sarit que pertenece a Italia, TDF que es de Francia, Tele-X que es de Escandinavia, TV-SAT que pertenece a la antigua RFA y a Francia.

2.       Situación en Japón:

La difusión directa por satélite en Japón tiene un desarrollo temprano con el lanzamiento del satélite BS-2B en 1987. Sin embargo Japón ha destacado en el desarrollo de la HDTV, el MUSE, con 1125 líneas. El satélite BS-3, lanzado en 1990, incorpora transpondedores apropiados para el sistema HDTV.