A radiodifusión terrestre (radio, TDT) é un tipo de radiocomunicación simplex en topoloxía estrela estendida. É o caso máis sinxelo de rede de radio, e o que nos imos apoiar para comezar este tema. Nunha rede de radiodifusión hai os seguintes tipos de estacións:
Centros nodais, nodos principais ou supernodos: onde se orixina o sinal banda base e se modula para radiar. Na foto, “El Pirulí” de Torrespaña, Madrid.
Centros transmisores ou moduladores. Reemiten o sinal a unha frecuencia distinta á que a reciben (frecuencia de saída ≠ frecuencia de entrada). Típico de sinais analóxicas (pero non exclusivo delas). Na foto, estación transmisora do Páramo, Lugo:
Centros repetidores ou gap fillers. (frecuencia de saída = frecuencia de entrada) Este método é exclusivo de sinais dixitais, nos que se poden empregar sistemas de cancelación de eco. Aquí o sinal se demodula e se volve a construír desde cero. A vantaxe é que se evitan os problemas que habería reamplificando a orixinal (máis ruido, peor BER, MER, etc).
A rede de DVB-T española “Red TDT”, utiliza un par de centros moduladores por cada provincia para permitir as desconexións territoriais (técnica multifrecuencia, MFN). O resto das estacións son de tipo gap filler (frecuencia única, SFN). Para asegurar que a transmisión chegue simultaneamente a todos os fogares (sincronismo de rede), utilízase o sistema de posicionamento global GPS con equipamentos SSU (Synchronization Supply Unit).
Gap filler en Trazo:
Estación de difusión AM comercial en Mesón do Vento (esquerda) e torre repetidora de radioenlaces (dereita):
Sistemas de captación en mástiles e torretas
As torres tipo celosía (armaduras metálicas) se deseñan tratando de aproveitar ó máximo o espazo. Se están en zonas de tráfico aéreo, deben estar pintadas de branco e vermello aeronáutico (7 franxas, base e punta de vermello). Tamén contarán con balizas luminosas.
Distribución típica:
Arriba de todo pararraios.
Parte intermedia: Comunicacións omnidireccionais. De arriba a abaixo, de máis a menos frecuencia (telefonía móbil, TDT, DAB, FM).
Parte baixa: Radioenlaces punto a punto (con emisoras locais, outras BTS, datos propietarios). Os radioenlaces adoitan ser UHF a moita frecuencia (GHz), así que son unha excepción ó punto anterior.
Abaixo de todo: Zapata (lousa) de formigón.
Emplazamento en Tiobre, Betanzos con dúas estacións: á esquerda, un gapfiller de TDT con enlaces a outras estacións. Á dereita, unha BTS de telefonía móbil.
Outra BTS de telefonía móbil en Mesón do Vento. Repara no radioenlace (apunta a outra BTS), o pararraios, e os dous arrays. O de arriba sectorial e o de abaixo de dipolos:
Estación BTS en Ferrol con pararraios, dous monopolos, arrays de distintas frecuencias e estándares, e radioenlaces:
Medidas de prevención de riscos laborais
As medidas de prevención colectivas se deben antepoñer ás individuais (arneses…). Cando as colectivas sexan insuficientes (neste caso o son), se pasa ás individuais:
Liña de vida vertical (cable de aceiro para enganchar arnés de corpo enteiro).
Plataformas de descanso a varias alturas.
O persoal que accede (mínimo dúas persoas) debe estar homologado para traballos en altura (>3m). Adóitase subcontratar.
Equipos de protección individual adecuados: Calzado, arneses de corpo enteiro, mosquetóns, casco…
Mira este vídeo de traballadores subindo a unha torre de telecomunicacións.
Redes e topoloxías de estacións de radio
Nunha rede xerárquica se adoitan empregar topoloxías de estrela estendida, malla parcial, ou malla. Neste tipo de redes se recoñecen as seguintes áreas:
Rede de núcleo (backbone network / core network): É a parte da rede onde se orixina a información ou pola que pasan as comunicacións entre os clientes máis afastados. Nunha rede de telefonía móbil, serían os routers centrais da central de conmutación móbil (MSC: Mobile Switching Center). Nunha rede de TV sería o estudio de gravación e os primeiros enlaces coa trama ASI transport stream en calquera das súas formas (stream IP, radioenlace terrestre, radioenlace satelital).
Enlace intermedio, máis coñecido como ”Backhaul network”: Parte da rede que une o núcleo cos clientes. Nas redes de telefonía móbil o forman os BTS/eNodeB (Base Station) e o Base Station Controller, BSC. Nunha rede DVB-T, serían as estacións repetidoras. Máis información.
Equipamentos de cliente: É o equipamento do que dispón o usuario final (o teléfono móbil). Conecta co núcleo de rede a través do backhaul.
Usamos os exemplos de rede móbil por ser a rede WAN máis estendida de conmutación de paquetes, pero esta clasificación e as seguintes deste tema valen tamén para Wi-Fi MAN, LMDS/WiMAX, TDT...
Compoñentes dun backhaul de rede:
Antena. Convirte os sinais eléctricos en ondas electromagnéticas e viceversa.
Guía de ondas. Comunica a antena coa radio. Pode ser coaxial ou guía de onda.
Radio transceptor (transceptor = transmisor (Tx) + receptor (Rx)). Contén a amplificación necesaria para emitir e a conversión de frecuencias necesaria (upconverter/downconverter, cando se precise).
Liña coaxial de frecuencia intermedia (FI).
Modem/router. Equipamento modulador/demodulador que adapta os sinais do backbone a sinais comprensibles polo transceptor. A comunicación entre modem/router e backbone pode ser mediante par trenzado, coaxial, fibra óptica ou radioenlace. As especificacións máis típicas de cada medio guiado son, respectivamente: ethernet, DOCSIS, GPON.
Como ves, só no backhaul pode haber ata tres liñas de transmisión: a que ven do backbone e a que comunica modulador e antena, que pode ter dúas etapas a frecuencias distintas (FI e frecuencia de emisión).
A guía de ondas traballa á frecuencia á que se radia o sinal cara o cliente. Utilízase cando falemos de frecuencias moi altas (entre 6 e 15 GHz), a atenuación por metro (dB/m) será moi grande, así que trataremos de que esta liña sexa o máis curta posible.
A liña coaxial de FI, que traballa a unha frecuencia menor na que as perdas son menores e o transporte por cable coaxial é asumible (<6 GHz). Sempre se vai procurar minimizar as perdas entre backbone e antena. Tamén se pode traballar a coaxial a frecuencias moito máis elevadas, pero utilizando cables formados por dous cilindros sólidos ocos concéntricos.
O núcleo de rede, normalmente e cada vez máis de fibra óptica.
No ámbito doméstico, esta modalidade se utiliza en TV satélite. Dentro da antena parabólica, o cabezal do LNB contén unha pequena guía de onda que leva o sinal a un downconverter que baixa a frecuencia de 10-12 GHz a 1-2 GHz (frecuencia intermedia, FI). A frecuencia intermedia se transporta por cable coaxial. Se tentásemos transportar os sinais de 10-12 GHz por cable coaxial de ICT, se perderían ós poucos metros.
Exemplo de backhaul: routerboard (router que comunica coa rede dunha empresa mediante par trenzado), tarxeta de rede Wi-Fi miniPCI (radio que conecta co router via miniPCI), antena monopolo type N (conecta coa radio mediante un latiguillo (pigtail) de u.Fl macho a N femia)
Temos dúas ubicacións posibles:
IDU (InDoor Unit): Unidade interna.
ODU (OutDoor Unit): Unidade externa.
E tres topoloxías de backhaul:
All-indoor. Só IDU.
Split mount. IDU + ODU separadas.
All-outdoor. Só ODU.
Esquema físico dos distintos backhaul (All-outdoor aparece con cable de par trenzado (cat6), pero se tende a usar fibra óptica):
All-Indoor
A radio, e o router están contidos nun rack tipicamente nun entorno controlado na instalación ou nunha caseta. A antena se monta no exterior (torre ou tellado). Unha guía de onda (algunhas veces tamén se usa cable coaxial) conecta a radio interna coa antena externa. Como a guía de onda perde moito, recoméndase proximidade á antena.
Vantaxes: Acceso fácil a tódalas partes excepto á antena. As partes se adoitan albergar nunha sala de ordenadores así que se pode compartir alimentación eléctrica e refrixeración. Os técnicos non precisan especializarse en traballos en altura. A meteoroloxía só afecta á antena.
Inconvenientes: O espazo no rack da instalación hai que pagalo, a guía de onda é delicada de instalar, require deshidratador e outros equipos. A tirada de guía de onda limita a 12GHz.
Úsase para equipos de potencia (IP ou TDM). Exemplo: Un radar militar, que no foco non leva LNB senón que directamente conecta con guía de onda.
Split-Mount
O modem e os interfaces se montan dentro (acceso fácil) mentres que a radio e a waveguide se poñen onde a antena (minimizando a atenuación). A IDU se conecta á ODU mediante cable coaxial a FI.
Vantaxes: Acceso tan cómodo como en all-indoor. Elimina a guía de onda (€).
Inconvenientes: Require escaladores para acceder á ODU.
Exemplo: Unha parabólica de uso doméstico, que converte a banda Ku a FI no LNB.
All-Outdoor
A radio, interfaces e modem instálanse no exterior xunto á antena. A comunicación co backbone adoita ser mediante fibra óptica (nada de limitacións de frecuencia). Require caixa estanca e equipamentos que soporten condicións extremas.
Vantaxes: Non se require refrixeración. Posibilidade de alimentación solar adicional. Máis eficiente por estar todo integrado. Non existen perdas RF entre radio e antena.
Inconvintes: O tempo afecta á durabilidade (variacións tremendas). Todo fora require técnicos escaladores altamente cualificados (subcontratas).
All-outdoor estase estendendo cada vez máis debido ó descenso de potencia nos equipamentos de radio, facilidade de despliegue (excepto polas alturas) e é a opción máis ecolóxica. Exemplos: enlaces VSAT, WiMax e IP (redes de datos).
Alimentación DC en exteriores
Cando se usa all-outdoor con conexión ethernet, o estándar PoE permite mandar alimentación e fíos no mesmo cable.
A fibra permite maior velocidade, pero require un cable de alimentación aparte.
PSE: "power source equipment", fonte de alimentación.
PD: "powered device", dispositivo alimentado.
Endspan: cando o PoE se atopa no extremo do recorrido.
Midspan: cando o PoE inxecta a corrente no medio do recorrido.
Exercicio (NON ENTREGAR): Temos un nodo central dunha rede PtMP formado por un router neutro MikroTik OmniTIK U-5HnD. Este equipamento consume 9,12W. Aliméntase mediante PoE pasivo (midspan) e fonte de 24Vdc e 1A. O switch conta con 5 bocas (1, 2, 3, 4, 5). A primeira utilízase para entrada PoE.
Como algúns dos clientes están moi lonxe, a radio integrada neste router resulta insuficiente. Así é que decidimos usar unha das bocas do switch para conectar outro router, esta vez altamente directivo. O modelo escollido é o Ubiquiti Nanobridge M5.
O as bocas 2, 3, 4, 5 poden redirixir a alimentación da boca número 1 (endspan). Poderemos alimentar a Nanobridge dende a primeira fonte? Cal será o número máximo de Nanobridges que podemos conectar?
Debuxa o diagrama de conexionado cunha soa fonte de alimentación (1 Nanobridge).
Debuxa o diagrama de conexionado con dúas fontes de alimentación (3 ou 4 Nanobridges).
Cantos routers directivos poderemos conectar cunha fonte de 24Vx1,5A? Ollo, quizais queiras revisar o artigo do principio.
Avarías
Coa electrónica actual, non se trata de pasar horas con osciloscopio e lupa tentando atopar o compoñente que falla na placa, senón de identificar que equipamento falla e substituílo por inmediatamente por completo.
Na maioría das instalacións de radio se require unha dispoñibilidade próxima ó 100% do tempo, así que todos os compoñentes deberán ter un reposto listo para entrar en funcionamento.
Alimentación eléctrica
Esquema simplificado (os cadros eléctricos de protección se omitiron):
A alimentación segue o seguinte orde xerárquico:
En condicións de correcto funcionamento da rede eléctrica, a instalación se alimentará a baixa tensión trifásica. Existen centros moi grandes que contan con centro de transformación propio para alta e media tensión, como a estación de Mesón do Vento (A Coruña). Tamén poden ter varias acometidas de reserva.
Cando se produce un corte na alimentación da rede, se volve inestable, ou se prevén problemas (por picos e baixadas de tensión, caída de algunha fase ou total, previsión de tormenta…) entran en funcionamento un ou varios grupos electróxenos (xeradores diésel) que funcionarán como alimentación auxiliar.
Exemplo: Grupo electróxeno trifásico formado por un motor Volvo mariño conectado a un alternador que xera unha potencia de 330 kVA. Consume 50 l/h. Se o depósito ten 7500 l, teremos unha autonomía de 6 días. Tanto o motor como o depósito adoitan ser mariños (de barco).
A conmutación entre os dous sistemas de alimentación se realiza mediante un PLC (autómata programable), que debe estar respaldado por un SAI/UPS (Sistema de alimentación ininterrumpida, uninterrupted power supply). Trátase dun conxunto de baterías que xeran unha tensión continua necesaria para manter viva a instalación mentres se conmuta entre alimentación a baixa tensión e o grupo electróxeno. O grupo require que se quenten as resistencias de caldeo antes de acender. O SAI tamén se pode utilizar como último recurso para manter a instalación en caso de fallo total, pero a súa autonomía adoita ser duns 20 minutos.
A rede eléctrica suministra corrente alterna (AC) (230 Vrms en monofásica e 400 Vrms en trifásica).
O grupo electróxeno funciona cun motor conectado a un alternador que xera AC (un alternador é o contrario dun motor).
O SAI son baterías normais, e as baterías sempre xeran DC, aínda que os equipamentos comerciais levan incluido un inversor que xa convirte a AC.
Na instalación de radio hai equipamentos que funcionan con AC e outros moitos que funcionan con DC (12, 24 ou 48 Vdc), así que a instalación terá unha serie de equipamentos de potencia para adaptar cada tensión de entrada a todas as posibles tensións de saída posibles. Equipos electrónicos de potencia:
Fontes lineais e fontes conmutadas: Converten AC a DC.
Inversores ”inverters” ou onduladores: Converten DC a AC.
Transformadores: Regulan o nivel de AC. Converten AC a AC.
Convertedores DC-DC. Elevan ou reducen o nivel de DC.
Proteccións eléctricas
Cadro de mando e protección: Os diferenciais incorporan control de sensibilidade, e elementos de telemetría e telecontrol (limitación do número de intentos de rearme, ou do intervalo de tempo entre rearmes).
Descargadores de sobretensión (varistores de potencia): Son resistencias que se conectan en paralelo coa instalación. Cando a tensión e correcta, a súa resistencia é elevada (e por estar en paralelo non afectan). Ó producirse unha subida de tensión, a súa resistencia baixa e derivan toda a corrente a terra para protexer a instalación.
Rede de terras: Fórmana unha serie de electrodos clavados en chan fértil para garantir 0V (ás veces unidos nun anel de terras), xunto coas liñas de enlace a terra, e todos os elementos que se conectan a elas (carcasas condutoras de racks e equipamentos, bandexas de cableado, a propia torre…). Exemplos de redes de terras cos electrodos en anel:
Rede de terras para torre radiante:
Conexións a terra nunha torre:
Pararraios da torre. Colócase no curuto, polo menos 2m por riba do primeiro equipamento que se queira protexer. Ten a súa propia rede de terras, así que se separa da torre mediante illadores cerámicos. Hoxe en día utilízanse pararraios PDCE (Pararraios Desionizador de Carga Electrostática, que inhiben o campo eléctrico de alta tensión en terra durante a formación da tormenta, co obxectivo de anular as condiciones en terra que favorecen la formación do raio) en detrimento da clásica punta Franklin, que o provocan. Na foto, un pararraios PDCE de Triesa Comunicaciones:
Os pararraios franklin se confunden coas antenas monopolo. Lembra que no punto máis elevado da instalación irá sempre o pararraios, sobresaíndo 2m sobre calquera outro elemento:
Posta a terra de equipamentos e liñas
Elementos:
Descargador: Colócase en serie co coaxial. Deriva a aterra os raios (DC) e transitorios (<1 MHz). Teñen aspecto de tornillo, e se conectan á pletina.
Kits de terra coaxial: Colócanse cada 25m. Unen o condutor externo do cable coaxial á rede de terras para así manter a tensión de malla a 0V. Máis abaixo hai unha ligazón a unha práctica.
Tomas de terra de ventos: Nos “ventos”, que son os cables tensores típicos cando se usan mástiles (máis pequenos que torretas, ≤6m de altura), debe haber tamén posta a terra.
Pletinas e caixas de terras: Nudos de unión de cables de terra dos equipos no seu camiño á arqueta de terras.
Arquetas de terra: As picas de terra “terminan” o camiño desde as múltiples tomas de terra da instalación, que van a un anel de terras, ata finalmente chegar á arqueta que contén unha pica de cobre que penetra 2 metros en terra fértil. O valor ohmico desa terra se obtén co telurómetro (medidor de terra), e debe ser o máis baixo posible (baixa resistencia a terra, <5Ω en instalacións de radiocomunicacións). Práctica máis abaixo.
Rede principal (punto negro no mapa): Centro transmisor/modulador. Hai moitos deses puntos principais, pero só son “auténticos” dous ou tres por provincia. A maioría son repetidores con capacidade de modulación para algunha emisora local.
Rede extensión (estrelas vermellas no mapa): Centros repetidores (gap fillers).
Elixe unha zona (a zona onde vives, a túa aldea, o que queiras) e indica os centros que se atopan na súa proximidade, as súas características e os canais que emiten. Se as frecuencias son iguais entre si, considerarémolos repetidores aínda que incorporen emisora local.
Visita o mapa da rede Guifinet (ligazón). A Guifinet é unha rede IP para o acceso a internet via Wi-Fi. Como é unha rede de datos (Tx/Rx), a comunicación é dúplex (as redes DVB son símplex). Faremos a seguinte equivalencia entre nodos Guifinet e centros de TDT:
Os supernodos son o equivalente ós centros moduladores. No mapa aparecen como estrelas. É onde se conecta a rede coa infraestrutura de acceso a internet (ADSL/Cable/FO). Se hai varios preto dunha ubicación pódese sumar e balancear o ancho de banda.
Os nodos son os equipos de cliente. No mapa aparecen como puntos.
Os estados de funcionamento aparecen por cores . Verde: conectado. Azul: en proxecto. Marelo: en construción. Laranxa: en probas. Gris: inactivo.
Analiza a zona de Sarria e di cantos nodos e supernodos hai conectados (non poñas os desconectados) e en que estado se atopan. Podes acompañalo dun pequeno esquema cos nomes dos lugares.
Se desexamos planificar unha torre de radiocomunicacións para radio FM, TDT, telefonía móbil de 4G/LTE de 800MHz, 3G de 900MHz, 3G de 2100MHz e 2G a 1800MHz, cal sería a orde correcta das antenas, de arriba a abaixo?
Observa as seguintes imaxes e deseña unha instalación all-outdoor:
Á esquerda: router Mikrotik Groove A-52HPn (pensado para funcionar de ODU all-outdoor). Centro e dereita: Placas Mikrotik RouterBoard en montaxe all-outdoor (non se ve a antena)
O orzamento debe incluir polo menos:
Placa base routerboard (elixe o modelo que che conveña).
Radio miniPCI.
Antena monopolo type-N para Wi-Fi (2,4GHz).
Latiguillos e cableado precisos, alimentador PoE, caixa estanca.
Realiza un debuxo no que se expliquen todos os elementos e conexións. Mira este vídeo para axudarte. Basta con ver os dous primeiros minutos, pero o seguinte tamén será útil nos próximos temas.
Na foto: Instalación all-outdoor. A tablet é o equipamento de cliente, a placa é o backhaul e o backbone se atopa cara o lado dereito:
Visita a web Infoantenas do Ministerio de Enerxía (alternativa: http://antenasgsm.com). Busca unha poboación pequena no mapa (<15000 habitantes) que teña núcleo urbán. Atopa os emprazamentos BTS/enodeB que radian ese núcleo urbán. Ollo: Só os tres primeiros niveis de zoom amosan as BTS no mapa. Facendo clic nunha estación podes ver o seu operador. Despois, en “detalle ver”, podes ver as frecuencias de uso e as densidades de potencia.
Saca unha imaxe global da vila marcando nela as BTS. Indica para cada unha:
Frecuencias de uso.
Estándares de uso de cada BTS e bandas. Ver frecuencias de cada estándar na Wiki de bandaancha.st.
Densidade de potencia máis elevada de cada BTS e azimut no que se produce. Marca esa(s) dirección(s) no mapa.
Pantallazos 3D de cada ubicación BTS en Google Maps (clic en satélite → 3D), Apple Maps ou similar:
Bibliografía e ligazóns de interese
Curso de Iniciación a las Telecomunicaciones. Rubén Canga Feito. CPR de Avilés, 2011.
“Carga al viento” manual de la Unión de Radioaficionados de Ourense “EA1URO”
“Cálculo del Momento Flector” manual de Asistencia Técnica Televés.
Práctica do telurómetro Promax PE-331 na Wiki de Daniel Ríos. Memoria e fotos/vídeo da realización da práctica.
Práctica de sistema de posta a terra coaxial Sureground Grounding Kits na Wiki de Daniel Ríos. Memoria e fotos/vídeo da realización da práctica.
Realiza unha actividade para que os alumnos leven consigo nunha suposta excursión a unha instalación de radio. Trata de que as actividades inciten ós alumnos a fixarse nas partes relevantes (dúas follas máximo).
Este curso virtual elaborouse para ser impartido no plan anual de formación do profesorado de FP da Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria, Xunta de Galicia
Quedan fora desta licenza os textos, imaxes, recursos... que manteñen a súa propia licenza, sinalada en cada caso.
Úsanse imaxes e recursos de producción propia, que se publican no Dominio público ou con licenza CC BY-SA, outras de dominio público, con licenza creative commons, GNU... tomados prefentemente de bancos de recursos educativos abertos. Tamén se empregan ---acolléndose ao "Dereito de cita" --- imaxes, e recursos diversos de diferentes páxinas web, e se enlaza a súa licenza ao pé dos propios recursos ou na páxina coa atribución da propiedade intelectual dos ODE empregados, dereitos reservados que manteñen integramente. Se detecta algunha imaxe, recurso... con dereitos reservados, agradecemos nos informe para retirala.
Licenciado baixo a Licenza Creative Commons Recoñecemento Compartir igual 4.0