Cálculo del presupuesto de potencia para cobertura de inhibición en interiores

La cobertura de un inhibidor indoor no se define por los watts de la caja, sino por la potencia que llega al teléfono víctima y el margen J/S requerido. Aquí te explico, paso a paso, cómo armar el link budget, elegir el exponente de pérdida y estimar un radio realista.

¿Qué calcula realmente un presupuesto de potencia para inhibición en interiores?

Un presupuesto de potencia para inhibición en interiores calcula, en decibeles, cuánta señal de interferencia llega al receptor víctima a cierta distancia y si esa señal supera a la legítima por el margen necesario. Ojo: no se trata de contar los watts que dice la caja, sino de llevar una contabilidad de ganancias y pérdidas entre el transmisor y el receptor. La fórmula base es Potencia recibida = Potencia Tx + Ganancia antena Tx + Ganancia antena Rx − Pérdida de trayectoria − Pérdidas del sistema. Con eso estimas la potencia recibida y la comparas contra la sensibilidad del receptor para sacar el margen de enlace.

El punto clave que se repite en las fuentes es que la cobertura depende de la intensidad de señal en el handset de la víctima, no de la potencia nominal del equipo. Por eso dos inhibidores con los mismos watts pueden cubrir radios muy distintos según la antena, el cableado, la pared de concreto de por medio y la técnica de interferencia empleada. En mis pruebas de planeación indoor, el error más común es ignorar las pérdidas de alimentación y de conectores, que por sí solas pueden comerse 3 dB; en términos lineales, eso equivale a la mitad de la potencia.

¿Qué ganancias y pérdidas van en la ecuación de enlace de inhibición?

Para el caso de la inhibición, la ecuación arranca con la potencia del amplificador, le restas la pérdida de alimentación y luego le sumas la ganancia de la antena transmisora del inhibidor, más los términos adicionales que tenga el enlace. El artículo de everything RF sobre sistemas contra-UAS lo plantea como Pj,rx = Pamp - Lfeed + Gj,tx + G..., o sea, potencia del amplificador menos pérdida de alimentación, más ganancia de la antena del inhibidor, más lo que corresponda. El detalle está en que cada término vaya en dB y con el signo correcto; un conector que se te pase contabilizar te tumba toda la estimación.

Tampoco hay que creer que el amplificador va a rendir al máximo en toda la banda. Los fabricantes de módulos de RF de banda ancha, como ZR HiTech, manejan rangos que van de cientos de MHz hasta varios GHz, con ganancia típica de 15 a 50 dB, figura de ruido por debajo de 5 dB y una eficiencia PAE de entre 30 y 50%. El P1dB o Psat depende de lo que necesites: puede ir de 10 a 100 W. Además, la planitud de ganancia ronda los ±2 dB, el IMD3 se mantiene por debajo de -30 dBc, el VSWR no pasa de 1.5:1, la supresión de armónicos supera los 40 dBc y el módulo opera sin problema de -40 a +85 °C. Un caso típico para que te des una idea: metes 0 dBm a 5 GHz y los sacas amplificados a +33 dBm (2 W) con 33 dB de ganancia.

¿Cómo cambian el radio la pérdida de trayectoria indoor y su exponente?

Para hacer la cuenta de verdad, el modelo log-distancia es el que se usa en la práctica: Pérdida (dB) = FSPL(d0) + 10·n·log10(d/d0). Aquí lo importante es el exponente n, porque es el parámetro que más mueve el radio estimado y depende completamente del entorno. En espacio libre n vale 2.0; en suburbano anda entre 2.5 y 3.0; en urbano, 2.7 a 3.5; en urbano denso sube a 3.0–4.0; en interior del mismo piso también 3.0 a 4.0; y entre pisos se va de 4.0 a 6.0. Ojo con los muros: una pared de concreto te cuesta entre 10 y 15 dB adicionales, así que un solo muro puede reducir el radio mucho más de lo que uno pensaría si solo mira la distancia geométrica.

La fórmula de espacio libre es FSPL(dB) = 20log10(d) + 20log10(f) - 147.55, donde d va en metros y f en Hz. Así, a 868 MHz y 1 km, la FSPL anda alrededor de 91.5 dB. Ahora, para darle sustento al modelo, un estudio de 2022 publicado en la revista Sensors midió la pérdida de trayectoria a gran escala en un pasillo interior, tanto a 28 GHz como a 38 GHz, en condiciones LOS y NLOS, y con polarización vertical-vertical y vertical-horizontal. El exponente más alto que reportaron fue de 3.33, a 38 GHz (V-H) en NLOS. Los propios autores comentan que este tipo de mediciones resultan útiles para hacer cálculos de presupuesto de potencia en el diseño de 5G indoor.

¿Qué margen J/S necesita el receptor víctima?

La relación J/S no es otra cosa que el cociente, en dB, entre la potencia de la señal de interferencia y la de la señal objetivo tal como llegan al receptor. Para calcularla se parte de la ecuación de rango de una vía aplicada a J y de la de dos vías aplicada a S; el resultado se expresa en dB y lo que buscamos es que salga un número positivo. Por su parte, el rango de burn-through es el punto en el que el retorno del objetivo se detecta por primera vez a pesar de la contramedida electrónica, y suele quedar un poco más allá del rango de cruce, es decir, del punto donde J = S. Dicho de otro modo: si aumentamos la potencia, el objetivo puede acercarse más antes de que se produzca el burn-through.

Ojo con esto: la efectividad no es una función matemática directa del J/S. Cuánto margen hace falta depende de la técnica de ECM y del receptor víctima; no hay una fórmula fija que aplique siempre. De hecho, un J/S demasiado alto puede provocar que un procesador sofisticado ignore la interferencia o active sus modos anti-jamming. Por eso, en la práctica conviene tomar el margen J/S como un requisito de diseño que sale de la técnica y del equipo que tengas enfrente, y ya con eso resolver la ecuación de enlace para la distancia que cumple ese margen dentro del radio objetivo.

¿Cómo afectan la ganancia de antena, la colocación y las reflexiones a la cobertura real?

Una cosa que se pasa por alto seguido: las antenas omnidireccionales de alta ganancia no dan su ganancia nominal en todas direcciones, aunque en la hoja de datos presuman lo contrario. Como referencia rápida, las antenas de chip andan entre -2 y 0 dBi, las de traza de PCB entre 0 y 2 dBi, los látigos o stubs de 2 a 3 dBi, y las omnis externas de 3 a 8 dBi. Del lado del cableado a 868/915 MHz, el RG-58 pierde más o menos 0.45 a 0.55 dB por metro, el LMR-240 unos 0.25 dB/m y el LMR-400 apenas 0.13 dB/m; súmale de 0.1 a 0.5 dB por cada conector. Para que te des una idea: un tramo de 5 m de RG-58 con dos conectores N te cuesta alrededor de 3 dB, y eso sin contar lo que se pierde en la instalación.

La colocación pesa tanto como la potencia. Las reflexiones hacen que la interferencia se salga de las áreas que tenías previstas, y como la energía de RF no respeta líneas de propiedad, lograr una cobertura precisa casi nunca es posible. Las fuentes de planeación de rango lo ponen como un límite del mundo real, a la par de la densidad de estaciones base y los factores ambientales. Y si hablamos de aulas y salas de examen, el criterio práctico no es la potencia que marca la caja, sino la intensidad de señal que llega al handset y cuántas unidades necesita el espacio.

¿Cómo se estima el radio con un ejemplo numérico tipo 5G?

Los parámetros de ejemplo de 5G/6G Academy sirven para ver la mecánica. En FR1, el gNB transmite a 46 dBm con 3.0 dB de pérdida de cable y 25 dBi de ganancia de antena, lo que da un EIRP de 68 dBm; en FR2, 35 dBm de TX, 0.5 dB de cable y 30 dBi de antena dan 64.5 dBm de EIRP. La figura de ruido del UE es 7 dB en FR1 y 10 dB en FR2, con densidad de ruido térmico de -174 dBm/Hz, margen de desvanecimiento de 8.3 dB en FR1 y 7.2 dB en FR2, pérdida de penetración de edificio de 20 dB en FR1 y 35 dB en FR2, y margen de interferencia de 4 dB en FR1 y 2 dB en FR2. El TX del UE se limita a 23 dBm en Power Class 3.

Con eso, el MAPL se calcula como EIRP - Sensibilidad del receptor + Ganancias del sistema - Pérdidas totales. Los resultados de ejemplo son 126.7 dB de MAPL, que dan un radio de celda de unos 600 m a 3.5 GHz con cobertura indoor, y 133.3 dB de MAPL, que dan unos 250 m a 26 GHz en exterior. En inhibición indoor el MAPL equivalente se resuelve para la distancia donde la potencia de interferencia recibida iguala la señal víctima más el margen J/S requerido, usando el exponente de pérdida del entorno.

¿Qué límites legales y prácticos restringen la inhibición indoor?

El límite legal es serio. La fuente sobre inhibición en aulas señala que la ley federal de Estados Unidos hace de la inhibición en salones de clase un riesgo legal considerable; en México también existen restricciones de uso de equipos de radiocomunicación e interferencia, por lo que cualquier despliegue debe revisarse con asesoría legal local antes de instalar. Este texto es técnico y no constituye asesoría legal ni recomendación de uso.

En lo práctico, la cobertura precisa rara vez se garantiza: la energía de RF no respeta líneas de propiedad y las reflexiones llevan la interferencia a lugares no previstos. Clientes a veces piden limitar la inhibición a un radio de 5 metros o a un solo cuarto pequeño, pero eso casi nunca es alcanzable; conviene planear márgenes, ubicación y pruebas de campo. La tabla siguiente resume los parámetros que más influyen en el radio y su efecto típico.

La lectura de la tabla es directa: el exponente de pérdida y los obstáculos dominan el radio, mientras que el cableado y los conectores restan margen fijo. Por eso conviene medir la pérdida real del tramo de alimentación antes de fijar la potencia del amplificador, y dejar un margen de diseño para desvanecimiento lento y penetración de edificio. La meta no es maximizar watts, sino cumplir el margen J/S en el radio objetivo con la menor potencia posible.

¿Cómo se planea la cobertura en aulas y salas de examen?

La guía de planeación para aulas y salas de examen reduce el problema a la intensidad de señal en el handset, no a la potencia de la caja. Las fuentes discuten cómo se comportan los inhibidores de baja potencia en interiores y cuántas unidades necesita un salón. La recomendación práctica es hacer un levantamiento de señal con el equipo apagado, medir la señal legítima en los puntos críticos, y luego calcular cuánta interferencia se necesita para superar el margen J/S en esos mismos puntos, considerando el exponente de pérdida del pasillo o del salón.

El umbral de cobertura, según la guía de Power Budget Calculations, se calcula sumando el margen de desvanecimiento lento (y la pérdida de penetración de edificio cuando se calcula cobertura indoor) a la potencia isotrópica del móvil. Ese umbral se compara con la potencia de interferencia recibida. En la práctica, esto significa que el número de inhibidores por salón depende de la geometría, los muros y la ubicación de las antenas, no de una regla fija de watts por metro cuadrado.

¿Qué errores de medición y terminología conviene vigilar?

La terminología importa porque cada término tiene un lugar en la ecuación: link budget, power budget, MAPL (Maximum Allowable Path Loss), FSPL, exponente de pérdida de trayectoria (PLE), relación J/S, rango de burn-through, EIRP, ERP, sensibilidad del receptor, margen de desvanecimiento o sombra, pérdida de penetración de edificio y umbral de cobertura. Confundir EIRP con potencia de amplificador o sumar ganancias sin restar pérdidas es la fuente más común de estimaciones optimistas.

Mi recomendación de proceso es: primero define el margen J/S requerido con el equipo víctima y la técnica de ECM; segundo, mide la pérdida real de cables y conectores; tercero, elige el exponente n con mediciones del sitio o con la tabla de entornos; cuarto, resuelve la distancia para el margen y valida con una prueba de campo. Si el radio medido queda por debajo del objetivo, ajusta antena y ubicación antes que potencia, porque más watts también elevan el riesgo de efectos no deseados y de interferencia fuera del área prevista.

Preguntas frecuentes sobre el presupuesto de potencia en inhibición indoor

¿Cómo se calcula el presupuesto de potencia para cobertura de inhibición indoor?

Se contabiliza en dB cada ganancia y pérdida: potencia de transmisión del inhibidor, pérdidas de alimentación y conectores, ganancias de las antenas del inhibidor y de la víctima, pérdida de trayectoria indoor y sensibilidad del receptor. La potencia de interferencia recibida debe superar a la señal víctima por el margen J/S requerido en el radio objetivo, así que se resuelve la ecuación de enlace para la distancia.

¿Qué es la relación J/S y por qué importa para la inhibición?

J/S es el cociente en dB entre la potencia de la señal de interferencia y la de la señal objetivo en el receptor. Normalmente J debe superar a S por cierta cantidad para ser efectiva, y esa magnitud depende de la técnica de ECM y del receptor víctima, no de una fórmula fija. Un exceso de J/S puede activar modos anti-jamming o ser ignorado por procesadores sofisticados.

¿Qué exponente de pérdida de trayectoria conviene para planeación indoor?

Los modelos log-distancia usan n de aproximadamente 3.0 a 4.0 para interior en el mismo piso y de 4.0 a 6.0 para interior entre pisos, frente a 2.0 en espacio libre. Estudios medidos en pasillos interiores a 28 y 38 GHz reportan exponentes de hasta 3.33 en NLOS con polarización vertical-horizontal, útiles para presupuestos de potencia en diseño 5G indoor.

¿Por qué es difícil garantizar una cobertura de inhibición indoor precisa?

La energía de RF no respeta líneas de propiedad y las reflexiones llevan la interferencia a lugares no previstos. A veces se pide limitar la inhibición a un radio de 5 metros o a un solo cuarto pequeño, pero la cobertura precisa rara vez es alcanzable. Por eso conviene planear márgenes, ubicación de antenas y pruebas de campo antes de fijar la potencia.

¿Qué exponente de pérdida de trayectoria conviene usar en interiores?

En el modelo log-distancia, el exponente n depende del entorno. En espacio libre vale 2.0; en interior del mismo piso se usa de 3.0 a 4.0; entre pisos, de 4.0 a 6.0. Una pared de concreto añade de 10 a 15 dB. Conviene validar n con mediciones del sitio, porque es el parámetro que más mueve el radio estimado.

¿Por qué la cobertura real difiere del radio calculado?

Porque las reflexiones llevan la interferencia más allá de las áreas previstas y la energía de RF no respeta líneas de propiedad. Además, las antenas omnidireccionales no entregan su ganancia nominal en todas direcciones y el cableado resta margen fijo. Por eso conviene medir la pérdida real de alimentación, dejar margen de diseño y validar con pruebas de campo antes de fijar la potencia.