Tutorial básico de Pathloss

Retomando el Blog después de poco más de un año por diferentes motivos, ya sea viajes, estudios, exámenes, etc; les presento un manual didáctico del Software Pathloss 4.0, muy usado para simulación de Enlaces de Microondas dentro del entorno del campo de RF y Transmisiones.

Como se mencionó en un post anterior, se iba a describir las características de este software, muy útil y mucho más completo que el Radio Mobile. La descripción teórica del esquema de un enlace de microondas ya se explicó en el post Tutorial básico de Radio Mobile, así que es necesario darle un pequeño repaso para poder entender los conceptos del Path Loss.

Tutorial de Pathloss 4.0

Antes de empezar con el procedimiento del uso del Path Loss, es necesario tener el software ejecutable, este software es portable, no se necesita instalar, simplemente se ejecuta y se empieza a configurar. No he podido subirlo aún ya que pesa aproximadamente 2 GB (incluido la base de datos de IDUs, antenas, ODUs, etc), pero en caso lo requieran se ponen en contacto conmigo mediante el correo y veremos la manera de que puedan tener el software.


1. Ejecutar el archivo PLW40.exe, nos manda un mensaje de error (simplemente lo evadimos) y le damos Aceptar:

2. Se abre la pantalla principal del Pathloss, en el cual se puede ver que está diseñada de manera esquemática, por cuadros, para poder visualizar los datos con mayor facilidad.

3. Seleccionamos Module -> Network para crear los dos puntos del Radioenlace, observamos lo siguiente:

4. Click en Site Data -> Site List para el ingreso de datos de los puntos del enlace:

5. Seleccionamos Edit -> Add y agregamos el primer punto, es necesario tener las coordenadas de ambos sitios, en el formato de grados, minutos y segundos; adicionalmente se requiere la cota (msnm). En mi caso el primer punto del enlace es la OC Zárate (SJL). A finalizar click en OK.

6. Nuevamente nos vamos a Edit -> Add para crear el segundo punto, en mi caso, la EBC Tiahuanaco_New (SJL), ingresamos la cota y las coordenadas, luego click en OK.

7. Finalmente, obtenemos los dos puntos, como se muestra en la siguiente figura:

8. Cerramos la ventana anterior y observamos que se han creado ambos puntos representados a escala en coordenadas geográficas. Ubicamos el cursor por encima de cualquier punto y lo arrastramos hacia el otro punto para crear el enlace.

9. Le damos click a la línea que une los dos puntos y seleccionamos Terrain Data para cargar la base de datos con las coordenadas más cercanas a ambos puntos y generar el perfil del terreno.

10. Obtenemos el siguiente gráfico, en el cual crearemos el perfil superficial:

11. Le damos click a Configure -> Terrain Data Base y nos manda una ventana para la carga de la base de datos. Los datos se toman del Data Base del satélite Odyssey en el formato de coordenadas UTM.

12. Seleccionamos Setup Primary:

13. Click en Set Directory y buscamos la carpeta "Heights" que se encuentra dentro de la carpeta del Path Loss y el cual contiene las coordenadas geográficas del Perú.

14. Click en File -> Import List para cargar la base de datos.

15. Aparece la ventana Defie Fields con informados de las coordenadas UTM.

16. Nos aparece la una ventana en la cual seleccionamos el archivo index.txt, que contiene los comandos para generar el perfil de la superficie con los datos del Perú.

17. Click en OK y cerramos la ventana con la lista de coordenadas Odyssey - UTM. Luego nos aparece otra ventana de Odyssey - UTM. Click en Close nuevamente.

18. Aparece la ventana Configure Terrain Database. Click en OK y ya se tiene creada la base de datos del perfil de la superficie.

19. Le damos click en Operations -> Generate Profile para generar el perfil anteriormente creado. Nos muestra la siguiente ventana:

20. Dejar intacto el valor de 0.200 Km, ya que es el margen de error que maneja la base de datos y a continuación click en Generate, nos manda un mensaje de perfil generado como se muestra a continuación:

21. Como se muestra, nuestro perfil se ha generado con 10 puntos geográficos, ordenados de acuerdo a la distancia y la elevación entre ambos puntos del enlace:

22. Click en Module -> Worksheets para ingresar los datos en cada uno de los dos puntos del radioenlace. Se muestra gráficamente el enlace existente:

23. Le damos click en el recuadro "Ch" ubicado en la parte izquierda debajo de "TR". En este campo vamos a ingresar los datos de las frecuencias de transmisión de ambos puntos. También se ingresa la polarización de las antenas. En mi caso se usa polarización horizontal.

24. Ahora seleccionamos el recuadro "TR" que equivale a la IDU. Se despliega la siguiente figura:

25. Click en Code Index para cargar la base de datos de las IDUs. Para esto ya debemos tener los datos de la modulación, frecuencias, ancho de banda, capacidad, cantidad de tributarios, etc.

26. Click en New Index y buscamos la carpeta en la que se encuentra ubicada  la IDU de nuestro enlace. En mi caso es un Huawei RTN 620  la cual se puede encontrar en el siguiente directorio: PLOSS40/PLW40/EQUIPMENT/RTN600V100R005_3/IF1/SP/15G.

27. Seleccionamos el equipo que tenga las características que mejor se ajusten a lo que requiere el cliente en su enlace.

28. Click en View para revisar las características del equipo seleccionado.

29. Cerramos la ventana anterior y le damos click en Both para seleccionar el equipo en ambos puntos del radioenlace. Obtenemos lo siguiente:

30. Le damos click al recuadro de la flecha curveada, que representa un circulador. En nuestro caso no usamos el circulador en nuestro enlace, así que no generamos pérdidas de este tipo, por lo tanto cerramos la ventana dándole click en OK.

31. Click en la línea de transmisión (cable coaxial RG8 en nuestro caso como feeder) para ingresar los datos de las pérdidas de atenuación y pérdidas por conector en dB. La atenuación se expresa en (dB/100 m) y se encuentra en el Datasheet del fabricante, es por esto que se debe ingresar la cantidad de cable en metros que se ha usado para cada enlace. Se considera 1.5 dB en pérdidas por conector.

32. Click en OK en la ventana anterior y ahora seleccionamos la antena de microondas. De igual manera que la IDU, se debe tener las características de las antenas, tales como polarización, ganancia, diámetro, azimuth, etc.

33. Click en Code Index y nos vamos a la carpeta que contiene la base de datos de diversos fabricantes de antenas microondas. En mi caso se instaló una antena Huawei, la cual no contamos en la base de datos, pero la que más se asemeja es la antena Putián. La ubicamos en PLOSS40/PLW40/ANTENAS/POTEVIO/SINGLE POLARIZATION/15G.

34. Seleccionamos la antena que se adecúe al radioenlace. En mi caso se utilizó una antena de 0.6 m de diámetro. Click en Both para cargar a nuestro diseño.

35. Luego de realizar los pasos anteriores obtenemos lo siguiente. Le damos click en OK.

36. Ahora le damos click en la nube que se encuentra en la parte superior, exactamente en el medio de las dos antenas de microondas, se muestra lo siguiente:

37. Como en todos los diseños de red de cualquier tipo, nos basamos en el peor de los casos para realizar la simulación. Elegimos el archivo que se muestra en la figura. En este caso es un clima lluvioso.

38. En la imagen se observa que ya se cargó el clima lluvioso. Esto es para tenerlo en cuenta en el cálculo del FSL (Free Space Loss, Pérdida de propagación en el espacio)

39. Con esto ya tenemos el modelo de simulación del radioenlace. Procedemos a guarda el archivo y le damos click en Report -> Full Report para obtener el Link Budget del enlace. Se muestra un pequeño archivo con todos los datos detallados de ambos puntos.

40. Ahora seleccionamos Module -> Print Profile para revisar el perfil del enlace, mostrando las cotas, coordenadas geográficas y la altura de ambos sites.

41. Click en Module -> Summary y completamos los datos en los campos faltantes. En mi caso le he agregado el campo State, Tower Height y Radio Configuration. Como se ve en la figura, la potencia de recepción (RX signal) es igual a -34.46 dBm con una potencia de transmisión (TX power) de +17.5 dBm. Esta PTx es la máxima potencia que emite la IDU Huawei RTN 620 y si el enlace trabaja con estas señales altas de potencia el equipo se puede sobresaturar.

42. En la siguiente figura se ha variado la PTx a +13 dBm, que es un valor aceptable en este tipo de enlaces urbanos, obteniendo PRx = -38.96 dBm, un valor óptimo que garantiza la estabilidad del enlace.

Y así terminamos con el diseño de enlaces de microondas utilizando una herramienta indispensable en  el campo de RF y MW: el Pathloss.

Estación Base Celular (EBC)

Una EBC (Estación Base Celular) es un local (entiéndase por local al techo de una casa, un terreno, un cerro, etc) que en su mayoría es propiedad del operador de telefonía móvil celular.

EBC Ocucaje (Ica, ubicada en el Cerro Ocucaje)

En este caso tomaremos en cuenta una estación ubicada en un terreno de propiedad del operador. Dentro de una EBC encontraremos todo el equipamiento necesario para ofrecer cobertura celular a una determinada localidad. Principalmente, en una EBC convencional encontraremos lo siguiente:

• Tablero de energía.
• Pozos a tierra.
• Equipo(s) de Radio Base (indoor u outdoor).
• Equipo(s) de Trasmisión (vía microondas o vía satelital).
• Torre celular (autosoportada, arriostrada, ventada o monopolo).
• Antenas.

Ahora describiremos de manera didáctica la descripción de cada ítem arriba mencionado y el funcionamiento de todos los elementos en conjunto que conforman la EBC.

1. Tablero de Energía.

El tablero de energía es el encargado de suministrar la energía 220V AC a todos los equipos a usar en la Estación Base Celular. También energiza la iluminación de la EBC y la luz de balizaje ubicada en la parte más alta de la torre celular.

Tiene la capacidad de energizar hasta 4 equipos Radio Base (850 Máster, 850 Ampliación, 1900 Máster y 1900 Ampliación), así como también posee entradas de energía de reserva, una entrada para la iluminación de la EBC, para equipos de microondas (en caso lo requieran), una entrada para la luz de balizaje, y otras entradas extras para otros equipos que necesiten energía 220 V AC.

Contiene además entradas de cableado para alarmas de falla de red, una barra para aterramiento y tuberías internas que pasan por el suelo y la pared en donde es por donde pasan los cables.

Ofrece también tomacorrientes de 220 V AC para poder conectar las diferentes herramientas a utilizar durante la instalación.

En la puerta principal cuenta con dos leds que indican la presencia de tensión y el correcto funcionamiento de la luz de balizaje. Asimismo tiene dos llaves pequeñas para mantenerla cerrada.

Tablero de energía

2. Pozos a tierra.

Cada estación debe tener una red de pozos para el aterramiento de todo el equipamiento existente en la EBC. Normalmente esta red se compone de dos, tres, o cuatro pozos; dependiendo de cada EBC.

En un pozo a tierra se conectan los equipos Radio Base, la torre celular, el tablero de energía, las escalerillas por donde pasan los feeder; en fin, todo lo que esté propenso a recibir descargas eléctricas deben ir aterrados a las barras de tierra, que a su vez, están interconetados con los pozos.

Pozo a tierra

3. Equipo(s) de Radio Base (RBS)

El equipo de Radio Base es el elemento fundamental de una Estación Base Celular. En él se generan las señales de RF que recorren por los feeders hasta llegar a las antenas, siendo estas las que se encargan de emitirlas al espacio. En todos los casos, las RBS cuentan con un banco de baterías de respaldo; en caso de ausencia de la red eléctrica, estas baterías proporcionan un suministro de entre 2 a 6 horas al equipo, tiempo en el cual se deben reparar las fallas para volver al "estado eléctrico".

Según su ubicación, se clasifican en Indoor (RBS instalada dentro de una sala) y Outdoor (RBS instalada en una EBC al aire libre). Por otro lado, según su potencia de salida (es decir, según su cobertura) se clasifican en Macro (alta capacidad), Micro (mediana capacidad) y Pico (baja capacidad).

RBS Ericsson 2106 Macro - Outdoor

RBS Ericsson 2206 Macro - Indoor

RBS Ericsson 2111 Micro - Outdoor

4. Equipo(s) de Transmisión

Comúnmente el medio de transmisión usado para enlazar las EBCs es el radioenlace, o transmisión vía microondas. En lugares en donde no existe línea de vista debido a la accidentada geografía de nuestro país, se usa el enlace satelital. Las modulaciones, frecuencias utilizadas, dirección, polarización y el BER son designados por el operador de telefonía móvil.

Antena satelital (EBC Cabana Sur - Ayacucho)

Módem satelital Comtech CDM - 600L (EBC Cabana Sur - Ayacucho)

Antena MW Huawei (EBC Villacuri 2 - Ica)

Modem MW Huawei RTN 620 (EBC Villacuri 2 - Ica)

5. Torre celular

Las torres celulares permiten ganar la altura necesaria para optimizar la cobertura celular y la línea de vista del enlace microondas. Existen 4 tipos de torres, según su estructura: autosoportada, arriostrada, monopolo y ventada.

Torre autosoportada

Torre monopolo

Torre ventada

Torre arriostrada

6. Antena celular

Las antenas toman un papel muy importante en una estación base, ya que es por intemedio de ellas por donde se irradia la energía proveniente de la RBS. Estas antenas son de tipo panel de forma alargada, teniendo como patrón de radiación una radiación de tipo sectorial.

Existen antenas Single Band(una sola frecuencia 850 ó 1900 MHz) y antenas Dual Band (doble frecuencia: 850 y 1900 MHz). En ambos casos, estas antenas usan el método de diversidad de espacio para obtener una mejor calidad de señal, ya que internamente están compuestos de un arreglo de dipolos. En el caso de antenas duales, utilizan una combinación de diversidad de espacio y diversidad de frecuencia con Cross - Pol (polarización cruzada), de tal manera que la antena puede distinguir las señales provenientes de las frecuencias de 850 y 1900 MHz.

Todas las antenas cuentan con una pequeña regleta en la parte inferior, que contiene números que indican los grados para variar el Tilt eléctrico.

Antena celular (vista frontal)

Antena celular (vista trasera)

Antena celular (regleta de tilt eléctrico)