Aquí expongo brevemente algunas de las mejores técnicas que conozco para este fin:

1) Esquemas de modulación más altos

Los enlaces de microondas en el backhaul utilizan casi siempre modulación de amplitud en cuadratura o QAM , que modula tanto la amplitud como la fase de una señal. Desde QPSK hasta 4096-QAM, se puede incrementar el esquema de modulación para obtener mejoras en la capacidad total.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que este incremento no es lineal y las mejoras sobre el throughput están bastante limitadas. Probablemente a partir de los 1024-QAM no merezca la pena seguir duplicando el esquema de modulación.

Otra cuestión a tener en cuenta es que un incremento en la modulación se consigue siempre a expensas de la ganancia del sistema, lo cual resulta en radioenlaces más cortos.

2) Técnicas de polarización dual co-canal y XPIC

El uso de doble polarización Horizontal y Vertical permite, literalmente, duplicar la capacidad del canal. No obstante, esta simultaneidad implica la generación de una interferencia conocida como interferencia de polarización cruzada, que limita la calidad de la señal recibida. Para cancelar dicha interferencia es necesario incluir en el receptor un sistema que filtre la componente contrapolar. A este sistema se le ha llamado Cross-Polarization Interference Cancellation (XPIC). En este artículo os explicábamos más detalles sobre el tema y en este otro os contábamos cómo diseñar radioenlaces con la técnica XPIC.

3) Uso de múltiples canales de frecuencia

El uso de varios canales de frecuencia para un mismo link permite multiplicar el throughput total, pero esto tiene la desventaja de que se deberán contratar tantas licencias radio como canales se deseen utilizar.

4) Uso de modulación adaptativa o Adaptive Modulation

La incorporación en nuestro diseño de mecanismos como AM (Adaptive Modulation) permite una mejora en el throughput, aunque implica una severa disminución en determinados escenarios. AM funciona variando dinámicamente la modulación según las condiciones climatológicas: mientras haga buen tiempo, se utilizará la modulación más alta posible; por el contrario, cuando llueve o nieva, la modulación descenderá a esquemas inferiores que, consecuentemente, reducirán el throughput (pero garantizarán, sin embargo, la disponibilidad del radioenlace).

5) Utilizar canales más anchos

Los canales de telecomunicación estándar suelen ser de 7, 14, 28, 56 y 112 MHz. Es posible realizar un “upgrade” sobre las unidades radio para pasar de un canal más estrecho a otro más ancho. Este cambio conlleva costes en el link-budget, que deberá ser actualizado y nos obligará, por tanto, a reajustar la potencia necesaria (o el tamaño de las antenas) para que la transmisión soporte un ancho de banda mayor sin incumplir los niveles de calidad y disponibilidad.

La entrada 5 técnicas para incrementar el throughput de un enlace de microondas terrestre se publicó primero en BorrowBits.

Un poco de lluvia nunca viene mal. Pero cuando hablamos de enlaces de microondas puede convertirse en un verdadero problema… La atenuación por lluvia o Rain Fade (RF) consiste en la absorción de parte de la señal debido a hidrometeoros como lluvia, nieve, granizo o niebla. También se considera parte de este fenómeno la degradación sufrida por la interferencia electromagnética en un frente tormentoso. En este artículo vamos a tratar de entender cómo predecirlo, así como a modelar su influencia a la hora de diseñar enlaces radio de alta disponibilidad.

Dependencia con la frecuencia y la polarización

El Rain Fade se puede obviar por debajo de los 5 GHz y se va haciendo más significativo conforme incrementamos la frecuencia. A partir de 10 GHz es más que conveniente tenerla en cuenta, ya que la atenuación empieza a ser superior a los 5 dB/km. Existe una recomendación (UIT-R  P.838) que permite modelar su influencia mediante un parámetro llamado atenuación específica (dB/km) que se obtiene a partir de la intensidad de lluvia (mm/h).

Como vemos en la gráfica, la atenuación específica aumenta drásticamente entre 10 GHz y 100 GHz, en proporción a la intensidad de la lluvia.

Además de una dependencia con la frecuencia, existe una dependencia con el tipo de polarización, siendo más acusada para la polarización Horizontal que para la Vertical (debido a la forma “achatada” que adquieren las gotas de lluvia durante la caída):

¿Cómo saber cuánto llueve en cada zona?

Existen varios modelos estadísticos para predecir cuánta lluvia va a caer al cabo del año. Normalmente, la mayoría de los microwave planner prefieren el modelo ITU-R P.837, que proporciona una serie de valores medios para cada zona hidrometeorológica:

Cada una de estas zonas se identifica con una letra (a España, por ejemplo, le corresponde las zonas K y H), y se le asocia una intensidad de lluvia media. A la postre sólo son valores estadísticos, pero resultan muy útiles para tratar de ofrecer una alta disponibilidad de nuestro radioenlace. Por ejemplo, si en la zona K llueve más de 42 mm/h durante menos del 0,01% del tiempo, para garantizar la disponibilidad del 99,99% será necesario realizar nuestros cálculos teniendo en cuenta dicha intensidad de lluvia.

Los valores de disponibilidad típicos son “tres nueves” (99,9%), “cuatro nueves” (99,99%) y el de mayor disponibilidad: “cinco nueves” (99,999%)

¿Cómo tener en cuenta la lluvia en un diseño real?

Las herramientas de simulación que utilizan los ingenieros de radioenlaces tienen en cuenta este fenómeno. Veamos un ejemplo práctico:

Supongamos que deseamos predecir la disponibilidad anual que tendrá un enlace de 7 km en relación a la atenuación por lluvia. El primer paso consistiría en averiguar qué zonas hidrometeorológicas vamos a atravesar. En base a las coordenadas de las estaciones A y B, obtendríamos una distribución del Rain Rate por nuestro programa de simulación:

Observamos que en nuestro ejemplo, el enlace va a atravesar dos zonas: a lo largo del 58.57% del enlace, la intensidad de lluvia será de 32 mm/h durante el 0.01% del tiempo; a lo largo del 41.43% restante obtendremos 30mm/h durante el 0.01% del tiempo. En general tomamos el peor caso posible para garantizar el mejor resultado.

Ojo con la polarización

Como os hemos contado antes, la lluvia afecta más a la polarización Horizontal que a la Vertical, con lo cual es importante diseñar el enlace teniendo en cuenta que nuestro peor valor de lluvia lo obtendremos para dicha polarización. Esto significa que si queremos diseñar un enlace en Horizontal o con polarización dual (Vertical y Horizontal a la vez), debemos realizar el cálculo de Rain Fade en dicha configuración.

Por último, sólo quedaría calcular la disponibilidad para nuestro valor de lluvia, que en la práctica se traduce a pulsar un botón que realiza “automágicamente” todas las operaciones matemáticas por nosotros:

Hemos obtenido un “cuatro nueves“, lo cual es un valor bastante bueno: significa que nuestro enlace va a estar disponible durante el 99.99% del tiempo…

¿Qué hacer si el valor de Rain Unavailability es demasiado alto?

Aunque cada caso tiene su solución particular, existen varias estrategias que nos permitirán obtener mejores valores frente a lluvia. En orden de preferencia (en general):

1. Aumentar la potencia de transmisión de
   los equipos.
2. Utilizar antenas de mayor diámetro.
3. Utilizar receptores con mayor sensibilidad.
4. Bajar de banda de frecuencia.
5. Bajar el ancho de banda.
6. Diseñar sólo en polarización vertical
7. Reducir la modulación mínima y usar un esquema adaptativo. 32QAM -> QPSK con “Adaptive Modulation (AMC)”
8. Activar la característica ATPC (Automatic Transmit Power Control), que regula automáticamente el nivel de potencia de transmisión en función del nivel recibido.

En general cualquier cosa que permita ajustar el Link Budget a la atenuación introducida por la lluvia. La lluvia en telecomunicaciones es un auténtico problema, pero como podéis ver tiene solución. Así que… ¡a mal tiempo, buena cara! Si os ha gustado el artículo, no dudéis en compartirlo y en dejarnos vuestros comentarios.

La entrada ¿En qué consiste el Rain Fade y cómo afecta al diseño de enlaces de microondas? se publicó primero en BorrowBits.