Comunicación Trans-Horizonte Troposcatter para uso táctico y de seguridad militar

SISTEMA DE TRANSMISION TRANS-HORIZONTE POR DISPERSION TROPOSFERICA.

Este sistema de comunicación trans-horizontal es un método de transmisión de microondas en las bandas de frecuencias de UHF ó SHF en la tropósfera para permitir un radioenlace entre dos puntos de la tierra separados por una distancia entre 100 Km a 800 Km.

El método de propagación llamado de dispersión ó difusión troposférica, aprovecha las ondas dispersas como consecuencia de las pertubaciones atmosféricas en altitudes desde 50 m a 5 Km sobre el nivel del suelo.

Por ser de fabricación transportable es de relevancia aplicación en tácticas militares y de seguridad de las comunicaciones ya que pueden ser facilmente desplazados de un sitio a otro a distancias entre terminales, de 100 Km a 800 Km por un personal entrenado en el diseño del sistema y puesta en operación.

Operando en el rango de frecuencias de 1800 Mhz a 2400 Mhz ó de 4400 Mhz a 5000 Mhz, los terminales tácticos transportables son diseñados para ser autocontenidos en un shelter con un modem trans-horizonte de 22 Mbps, un amplificador de potencia de estado sólido ó un klystron, receptores de diversidad cuadruple, radios de sintonía en campo, respaldo de baterías, prueba automatizada y monitoreada. Antenas en rango de tamaños desde 1.8 m a 9.1 m de diámetros. Generadores sobre trailers para ser transportados en camiones.

Estos sistemas digitales trans-horizonte de capacidad de 22 Mbps pueden ampliarse con la opcíon a 40 Mbps usando un segundo modem. Con la inclusión de un control de potencia adaptativo de enlace (ALPC), la corrección de errores en adelanto (FEC) y conformado con turbo código de producto (TPC). Suministran la habilidad de manejar excesiva multitrayectoria, dispersión de señal, usando ecualizadores adaptativos codigos avanzados TPC y las técnicas ordinarias de diversidad, pudiendose alcanzar un comportamiento de disponibilidad de diseño para el  99,99% del tiempo.

Esta técnica de comunicación trans-horizonte deberá superar los problemas difíciles que no existen en las comunicaciones de línea de vista ordinarias.

El desvanecimiento a que es sometido este tipo de comunicación se clasifican en:
a) Desvanecimiento de corta duración de 0,1 seg - 1,0 seg aproximadmente ocasionado por la interferencia de ondas multitrayectoria.
b) Desvanecimiento de larga duración cuyo valor medio en el tiempo varía de unos minutos hasta unas horas aproximadamente.

El desvanecimiento de corta duración no causa ninguna variación a las ondas propagadas en el punto de recepción. Pero, el desvanecimiento mismo se origina por la interferencia de las ondas multitrayectoria.

En el punto de recepción, la fase y amplitud de la onda vectorial multitrayectoria, varía con el retardo de tiempo. Esta variación da origen a fluctuaciones en la intensidad de campo de recepción. La distribución de las variaciones de la intensidad de campo de recepción en cierto tiempo dado puede aproximarse por la distribución de Rayleigh.

Por otra parte el desvaneciniento de larga duración se presenta por la pérdida de propagación que resulta de la variación del trayecto de propagación.

Este desvanecimiento se clasifica, según sus anomalías, de la siguiente manera:

1) Variación de día

La pérdida de propagación se aumenta durante el período de la puesta del sol hasta el amanecer y se reduce durante el período de la tarde hasta la puesta del sol. Se presume que ésta fluctuación se debe a las variaciones de la humedad, temperatura y presión atmosférica. Dando origen, estas variaciones, a ductos y cambios del índice de refracción.

2) Variación anual

La densidad atmosférica está, en general, en lo alto de la capa inferior y en lo bajo de la capa superior. Cuando pasa la onda radioeléctrica a través de la referida capa, dobla su curso debido a la refracción. Si se substituye esta línea curvada por una línea recta, parece como si se hubiera variado el radio de la tierra.
La curvatura de la onda radioeléctrica depende no solo de la densidad atmosférica, sino además de la temperatura y humedad de la atmósfera.
Se puede suponer que el radio de la tierra se ha cambiado en apariencia, según la comba del trayecto de la onda radioeléctrica.

En el sistema trans-horizonte se efectúa la recepción en el modo de diversidad para mejorar la relación Señal a Ruido S/R, deteriorada por el desvanecimiento.
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El sistema de diversidad utilizado se clasifica en:

Diversidad de espacio
Diversidad de frecuencia
Diversidad angular
Diversidad de polarización

En el sistema de diversidad, la correlación en las variaciones de señales de recepción debido a la diferencia de dos ó más de sus condiciones de propagación deberá hecerse muy pequeña.

Detalle en el diseño de un proyecto de radio enlaces de alta capacidad

UN DETALLE EN EL DISEÑO DE PROYECTO DE UN RADIOENLACE QUE A MENUDO  SE PASA POR ALTO ALTO Y QUE UNA VEZ INSTALADO TRAE CONSECUENCIAS 
NEGATIVAS EN SU FUNCIONAMIENTO.

Con la introducción de las nuevas tecnologias en los radios digitales, la inclusión del protocolo IP así como la disposición de transmisión en forma hibrida IP - TDM e integrada con Cancelación de Interferencia por Polarización Cruzada XPIC para mayor transporte de información, modulaciones de mayor orden 256QAM, entre otros, hace que el radio sea lo suficientemente robusto y que esté protegido para compensar las no linealidades del trayecto de propagación.

Puesto que el medio de propagación no es lineal y este depende de las características climatológicas de la región si marítima, desértica, llanura tropical ó montañosa, el medio de propagación se va a comportar si como una atmósfera normal, subnornal ó supernormal.

Debido a que estamos en Venezuela y nuestra larga experiencia por muchos años en el diseño de proyectos, instalación e investigación nos referiremos a las caracaterísticas de propagación que prevalecen en la mayor parte del territorio nacional.

Comenzando que luego de diversas investigaciones por universidades en el pasado, se determino que el valor del indice de refraccion ó tambien llamado el factor K para Venezuela era de 3/2, así como investigaciones de propagación realizadas sobre sistemas de transmision de microondas de alta capacidad con protección de diversidad cuadruple con tráfico telefónico de la compañía de telecomunicaciones CANTV, en las bandas de frecuencias de 2 Ghz, 4 Ghz, 6 (L) Ghz, 6 (H) Ghz y 7 Ghz para diferentes distancias de trayectos entre 35 Km a 80 Km cruzando lagos, costas marítimas, superficie marina, tierra desertica, llanuras extendidas propensas a inundación en la temporada de invierno, todas con una temperatura promedio de 32ºC con las caraterísticas climatológicas de la región tropical invierno lluvia verano calor con temperaturas que alcanzan en el verano entre 39ºC a 40Cº.

Investigación que arrojó resultados indicando que el comportamiento de las anomalías de propagación presentes en la mayoría de los trayectos se correspondian con los modelos de distribución de Nakagami-Rice y la distribucion de Rayleigh, es decir la existencia de desvanecimientos fuertes, rápidos y profundos, así como desvanecimientos lentos y profundos hasta el nivel de corte, en algunos de los trayectos dichas anomalías eran constantes durante todo el año sobre todo aquellos trayectos que cruzaban lagos y superficie marina, y otros solo se hacian presentes durante los meses de invierno es decir durante las inundaciones del terreno.

Asi se concluyó que por las características climatológicas de la mayoría de los trayectos de propagación el tipo de atmósfera presente era supernormal, superestándar ó tambien llamada superrefractiva, fenómeno que se caracteriza por la elevación de la temperatura con el aumento de la altura (inversión de la temperatura) o bien por una marcada disminucion del contenido de humedad del aire con el incremento de la altura.

Ese comportamiento anómalo de la atmósfera se observo que se extendía desde la superficie terrestre ó lacustre hasta aproximadamente una altura de 60 metros y que prevalecía desde aproximadamente la media noche hasta las primeras horas de la mañana con la disipacion de la capa superrefractiva por el calor del Sol.

Con esta investigación realizada se puede extrapolar a todas las regiones del territorio nacional ya que sus caraterísticas climatológicas son muy similares.

Es de hacer notar que la distribución de Nakagami-Rice indica desvanecimientos, rápidos y profundos, tal que para el caso particular de radioenlaces digitales esto se traduce en lo que es llamado desvanecimientos dispersivos selectivos en frecuencia, el radio digital que vaya a ser instalado en esos trayectos con distancias similares debe incluir ecualizadores adaptativos en amplitud y ecualizadores transversales, lo que en la práctica los fabricantes llaman la signatura del radio el cual es el resultado de la inclusión de esos ecualizadores, indicado en la la cartilla de especificaciones como el DFM dispersive fade margin.

El DFM debe tener un valor mejor que 60 dB para radios digitales de alta capacidad y depende del orden de modulación y la cantidad de carga que lleve el radio.

Si en las especificaciones del radio no aparece este parámetro significa que el radio no va incluido con esos ecualizadores por lo que se recomienda no instalar ese radio en distamcias de trayectos mayores a 20 Km.

Los desvanecimientos dispersivos selectivos en frecuencia no se pueden compensar con los métodos tradicionales de protección de diversidad.

Es decir que para el diseño de radio enlaces digitales mayores a 35 Km despues que el Ingeniero de proyectos haya determinado la posible existencia de onda reflejada o no y agregado sus protecciones correspondientes, incluir en el cáculo el valor de la DFM de la cartilla de especificaciones del radio y determinar si su comportamineto cumple con la disponibilad esperada.

Prueba de RFI Barrido de Frecuencias sobre un torre sin subir el analizador de espectro y sin pérdidas de sensibilidad ni de rango dinámico.

Como realizar una prueba de RFI Barrido de Frecuencias sobre una torre a 50 m sin tener que subir el Analizador de Espectro y no afrontar pérdidas de sensibilidad ni de rango dinámico.

Uno de los trabajos mas delicados en el proceso de realizar una prueba de RFI Barrido de Frecuencias sobre una torre de comunicaciones por ejemplo a 50 metros de altura, es la necesidad irremediable de tener que subir todos los instrumentos (Analizador de Espectro, Preamplificador de bajo ruido, planta eléctrica, computadora Laptop, cables de interconexión, etc.) al sitio mismo de la investigación. Puesto que el subir todos esos instrumentos involucra un riesgo muy elevado en cuanto a la probabilidad de un accidente, su costo y su descalibración debido a golpes y magulladuras, se requiere de un personal entrenado con una logística previamente preparada para abordar ese trabajo.

Despues de muchos años de trabajo de campo en la realización de Barridos Espectrales RFI en todas las bandas de frecuencias y de afrontar todos los riesgos enumerados anteriormente, seguidamente presentamos una metodología para realizar un Barrido de Frecuencias RFI sin subir los instrumentos sobre la torre de comunicaciones.

Lo primero que debe asegurarse es que su objetivo de medida sea mejorar la sensibilidad de su sistema sin sufrir pérdidas en su Rango Dinámico.
Es decir que debe cumplirse la siguiente relación: la Figura de Ruido del Preamplificador más la Ganancia del Preamplificador menos la Figura de Ruido del Analizador de Espectro sea menor que -10 dB.
Entoces la Figura de Ruido del sistema será igual a la Figura de Ruido del Analizador de Espectro menos la ganancia del Preamplificador.
La mejora de la sensibilidad se logra con un preamplificador de moderada ganancia y baja figura de ruido ó con un preamplificador de alta ganancia y baja figura de ruido usando en este caso el atenuador de rf del Analizador de Espectro para bajar la ganancia del preamplificador ó aumentar la figura de ruido del Analizador de Espectro.
Por otro lado para mantener el rango dinámico y la sensibilidad deberá tener una antena de alta ganancia para compensar las pérdidas por la introduccion de una línea de transmisión (cable coaxial de bajas pérdidas) para alargar la distancia desde la posición de la antena hasta el preamplificador.
Un ejemplo práctico reforzara este concepto: si Ud. está realizando un Barrido de Frecuencias RFI en la banda de 6 Ghz alta y está usando una antena Horn modelo JXTXLB-137-20 cuya ganancia en esa banda es de 20 dB y además utiliza un cable coaxial Heliax modelo LDF4-50A de 1/2" de 50 m de longitud cuya atenuación para esa distancia será de 11 dB por lo que entrando al preamplificador seran 9 dB de ganancia, manteniendose asi la sensibilidad y el rango dinámico para esa medición en particular.
Es de hacer notar la necesidad de tener una antena de alta ganancia para compensar las pérdidas sin degradar la sensibilidad y el rango dinámico del sistema.

Técnica de Calibración del set de prueba de RFI (Barrido de Frecuencias)

METODO Y TECNICA DE CALIBRACION DEL SET DE PRUEBA DE INSTRUMENTOS DE RFI, INTERFERENCIA DE RADIO FRECUENCIA.

Es recomendable que la calibración del set de pruebas del sistema receptor de RFI (Interferencia en Radio Frecuencia) sea realizada por el método de susbstitución de señal. La calibración deberá cubrir la frecuencia y el nivel del display del receptor (Analizador de Espectro). Esta calibración se realizaría una vez por cada período de medición antes del inicio de la prueba.

Para realizar la calibración se requieren un Generador Sintetizador de Frecuencias y un Medidor de Potencia con su sensor termocupla, ambos manteniendo su certificado de calibración por algún Instituto de Telecomunicaciones reconocida y dentro de los lapsos de calibración que indique el fabricante.

El proceso de calibración sería el siguiente: la señal de prueba debe estar dentro de la banda de frecuencias de medición, recomendable la frecuencia central, ésta señal es generada por el generador sintetizador de frecuencias y su nivel es referido para su calibración al medidor térmico de potencia. Cualquier otro componente como atenuadores, adaptadores, transisiones, etc. usados en el proceso de calibración tambien deben tener un intervalo regular de calibración como indique el fabricante.

La señal calibrada sería inyectada al sistema de prueba en el terminal del cable que entra a la antena de prueba, así el Analizador de Espectro entonces mide el nivel de la señal de referencia calibrada despues de pasar a través del set de pruebas. Una véz completado el proceso de calibración un nivel de referencia conocido es obtenido para las medicones que correspondan a un conjunto de lecturas sobre el Analizador de Espectro.

Una vez completado el trabajo de investigación de RFI es recomendable incorporar en el informe el plan de prueba utilizado, describiendo las técnicas de calibración, mostrando el flujo de señal desde la antena de prueba hasta el receptor (Analizador de Espectro), con el fin de que quien requiera realizar un replanteo de las mediciones lo haga con los mismos parámetros utilizados en el plan de prueba. 

RFI BARRIDO DE FRECUENCIAS