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¿Qué es el desvanecimiento?
¿Cuáles son sus parámetros?
¿Cómo se clasifican los desvanecimientos?
¿Qué características tiene el multitrayecto atmosférico?
Efectos del desvanecimiento multitrayecto
¿Cómo modelamos estadísticamente el desvanecimiento?
¿Qué desvanecimiento hay debido al suelo?
¿Cómo modelo el desvanecimiento selectivo en frecuencia?
¿Qué estadísticas tiene?
Ejemplo
¿Qué es el Diversidad?
Objetivo de la Diversidad
Ventajas de la Diversidad
Clasificación de las Técnicas de Diversidad
Ventajas y desventajas de las Técnicas de Diversidad
RECOMENDACIÓN UIT-R F.752-2
Diversidad espacial en radiocomunicaciones
Desvanecimiento: disminución de la potencia recibida con relación a su valor
medio a largo plazo. También puede ser definida como o toda disminución de la
potencia recibida de señal con relación a su valor nominal.
Potencia recibida nominal Po: valor mediano de la potencia recibida.
• Profundidad de desvanecimiento (dB): la diferencia entre ambos valores.
Expresada como diferencia de potencias F1=Po-P1=20log10 ro/r1, o a partir
de las tensiones de envolvente ro y r1.
Factor k• Desvanecimiento lento de duración larga, con hasta 6 dB de
profundidad.
• El radio de Fresnel depende de la frecuencia, aún así la variación no
es significativa dentro del canal. Por ello se consideran planos.
• También pueden ocurrir desvanecimientos por mecanismos desuperrefracción y formación de conductos que desenfocan el haz
radioeléctrico.
• Este grupo se modela como una gaussiana o expresiones empíricas.
• Los desvanecimientos de factor k pueden evitarse mediante alturas de
antenas adecuadas.
Multitrayecto:multitrayectos atmosféricos y suelo (u otros).
• Suele ser muy profundo y selectivo en frecuencia
• Se modela como Rayleigh o Rice
Centelleo• Irregularidades en la troposfera
• De pequeña intensidad
Plano o Depresión Media
• Obviamos el suelo (3.28.6 HR) y estudiamos Dependencia con
distancia, gradiente N, Espesor, Altura y Grado de estratificación
atmósfera.
• Si existe componente dominante Distribución Rice. Ej:
radioenlaces• Si no existe componente dominante Distribución Rayleigh. Ej:
com. Móviles (reflexiones en edificios, dispersión, difracción)
Multitrayectos atmosféricos:
“Mes más desfavorable” para estadísticas de ηmes+ desf.
Climas templados: η “para el año medio“ se corresponde con los 3
meses del verano: η = 3/12 · ηmes+desf.= 1/4 · ηmes+desf.
• Sea r la tensión de la envolvente de la señal recibida.
• Normalizamos r haciendo 1 la tensión nominal: valor mediano en
condiciones de recepción normal, sin desvanecimiento profundo.
• La fdp de r en el modelo de desvanecimiento Rayleigh:
Y la función de distribución
La profundidad de desvanecimiento F1(dB) correspondiente a una
tensión recibida normalizada igual a r1 es
El valor de la mediana
• Introduciendo en la función de distribución anterior el valor de y
simplificando,
• Se observa que cuando F1 varía en 10 dB, la probabilidad lo hace en
una década, “ley de 10dB/década”.
• La probabilidad absoluta de que el desvanecimiento sea superior a F1
(dB) incluye la probabilidad de que se de este tipo de desvanecimiento
P(R)=η,
• Longitud pequeña y zonas despejadas: mar, lagos, zonas llanas y
húmedas
• La función de transferencia del trayecto es
Que depende de la distancia, de la frecuencia, de las alturas de
antenas y del factor k
El máximo desvanecimiento
Como el módulo de la FT es una función periódica, para una
determinada frecuencia fc interesa saber en qué lóbulo n0 estamos y
cuál es la frecuencia fo donde está el mínimo inmediato inferior.
• El desvanecimiento es función de la frecuencia
• Resulta necesario conocer
Porcentaje de tiempo en el que un desvanecimiento
multitrayecto tendrá carácter selectivo
Modelo de la función de transferencia H(ω) (FTM, función detransferencia del multitrayecto), al menos para el ancho de banda de
interés.
Estadística de los parámetros que intervienen en el modelo.
• Los modelos de la FTM se clasifican en
Modelos de rayosModelos polinómicos
Modelo de rayos: modelo “multiecos”
Modelo polinómico
En la práctica, modelos simplificados
• Modelo de tres rayos
• Modelo de dos rayos ficticios
Objetivo:
• Modelar dónde está el notch
• Modelar un desvanecimiento selectivo superpuesto al plano
Radioenlaces analógicos:
Ruido de intermodulación: importante en radioenlaces con gran
capacidad y en aquellos en que se produce por reflexión en el
suelo.
Variación del nivel de la banda base
Radioenlaces digitales
Aumenta la interferencia entre símbolos debido a la dispersión de
los impulsos. Es mayor a velocidades grandes.
Efectos de la recuperación de portadora: se produce una rotación
en la constelación.
Efectos de la recuperación de la temporización: el muestreo no se
realiza en el punto adecuado
Ejemplo de degradación
Desvanecimiento Plano:
Estadísticas del desvanecimiento
• Objetivo: evaluar la probabilidad de que se rebase una determinada
profundidad de desvanecimiento
• Se predice la duración media de los desvanecimientos
• Se predice la frecuencia de los desvanecimiento: número de
desvanecimientos de profundidad superior a F por unidad de tiempo.
• Si F es pequeña, usualmente centelleo F ≈ 2-5 dB se aplica una
gaussiana. La probabilidad de rebasar F se expresa mediante
• Si F es grande F > 15 dB P(FG) ≈ 0 y se aplican estadísticas
derivadas de la función Rayleigh. Se modela a continuación.
• Para valores intermedios se usan métodos de interpolación.
Métodos de cálculo de la probabilidad de
desvanecimiento
La ITU-R proporciona la siguiente relación empírica entre η y P0
Método de Mojoli
• El valor de P0 para el mes más desfavorable se calcula como sigue,
Donde:
• f frecuencia en GHz
• d longitud del enlace en Km
• a parámetro descriptivo del clima. a = [.25,4]. En climas templados a=1, en
secos y montañosos, a=0.25, para climas húmedos o que presentan
variaciones térmicas intensas (desiertos), a=4.
• b parámetro que incluye la influencia del terreno. Para terrenos medianamente
ondulados con una ondulación s comprendida entre 5 y
100 m
s es la desviación típica terreno sin tener en cuenta el primer y último km
Cálculo de la probabilidad de desvanecimiento:
Métodos 1 y 2 Rec 530 ITU-R
• Objetivo: predicción de la probabilidad de desvanecimiento, para el peor
mes del año en cualquier parte del mundo
• Dos métodos
• Método 1:
Para pequeños porcentajes de tiempoPara grandes profundidades de desvanecimiento
No se utiliza el perfil del trayecto
Útil para la planificación inicial o solicitud de licencia de un
radioenlace
• Método 2- Para cualquier profundidad de desvanecimiento, mezcla de
Método para desvanecimientos profundos
Interpolación para desvanecimientos poco intensos
• Se completan estos métodos con la conversión entre distribución media
anual y mes más desfavorable.•Se desarrollará el método 1.
Cálculo de la probabilidad de desvanecimiento:
Métodos 1 y 2 Rec 530 ITU-R
Método 1 de la Rec 530 ITU-R.
• Validez: desde fmin=15/d (GHz) hasta 45 GHz
• Error: 5.2dB a 7.3 dB
Se siguen los siguientes pasos:
• 1) Cálculo del Valor geoclimático del trayecto, en el mes más
desfavorable
- A partir de datos de desvanecimientos en la zona
- O estimándolo con
Donde
– dN1: valor del gradiente para los 65 m inferiores de la
atmósfera, no superado durante el 1% del tiempo
– sa: rugosidad del suelo
– Para una estimación rápida se puede utilizar
2) Se calcula el ángulo de inclinación del trayecto |εp| (mrad) y la altura
mínima hl mediante:
donde h1 y h2 son las alturas de las antenas en m sobre el nivel del
mar y d es la longitud del trayecto en km.
3) El valor de la probabilidad P(F), en %, es
donde f está en GHz y d en km.
Para una estimación rápida se puede utilizar
CONCLUSIONES IMPORTANTES ACERCA DEL DESVANECIMIENTO Y EJEMPLO
El desvanecimiento tiene una gran influencia en la
calidad del servicio. Por tanto, es esencial saber lo mas
posible sobre el desvanecimiento e intentar predecir o
contrarrestar sus efectos.
La degradación producida por el desvanecimiento puede
contrarrestarse por medio de
– codificación de canal con entrelazado
– control de potencia rápido / adaptación al enlace rápida
– diversidad de recepción (de antena, de polarización)
– diversificación (“diversidad”) multitrayecto, con SS
EJEMPLO
Se supone un vano de un radioenlace sobre
agua,con una longitud de 61.1 km y altura sobre
el nivel del mar ht=122 m y hr=457 m en la
frecuencia f=6.125 GHz. Considerando R=-1
determine la pro-fundidad de desvanecimiento así como su efecto para una comunicación con 20
Mhz para varios valores del factor k.
PARÁMETROS A DETERMINARPROBLEMA
Distancia al punto de reflexión
Ángulo de incidencia
Factor de divergencia
Retardo del rayo reflejado
Frecuencia de máximo de desv.Máxima prof. desv.
k d1 D (ns) FR (dB) f0 (GHz)
4/3 15.1 0.41 0.854 3.9 16.7 6.154
1 15.7 0.37 0.800 3.3 14.0 6.061
0.83 16.3 0.34 0.754 2.8 12.2 6.071
2/3 17 0.30 0.687 2.2 10.1 5.909
Conclusiones
Influencia de k y de la frecuencia sobre el desvanecimiento
Depende del valor de k y para anchuras de banda de 20 MHz el
desvanecimiento será más o menos selectivo.
•Diversidad: Técnica que consiste en la trasmisión de la mismainformación por dos “caminos radioeléctricos” diferentes, que seven afectados de forma independiente por el desvanecimiento.Caminos eléctricos se refiere a cualesquiera de los parámetrosde un vano entre ellos; recorrido, frecuencia, polarización yángulo.
•Objetivo de la Diversidad: Superar efectos adversos deldesvanecimiento multitrayecto.
Diversidad
•Ventajas de la Diversidad:
Reducción del porcentaje de tiempo para un desvanecimiento dado.
Aumento de la fiabilidad al existir cierta redundancia.
Según el tipo de combinación de las señales y procesamiento subsiguiente, puede conseguirse una mejora en la calidad S/N o en la tasa de error.
Diversidad
•Técnicas de Diversidad
De EspacioDe frecuencia
Según los parámetros De Ángulodel camino radioeléctrico De Polarización
De Trayectoria
Clasificación
Selección porSegún el Procesamiento Conmutación
de la señalSelección porCombinación
Diversidad
•Según los Parámetros de Caminos Radioeléctricos
• De Espacio: Consiste en la habilitación de dostrayectos radioeléctricos disponiendo de dos antenasreceptoras separadas verticalmente algunaslongitudes de ondas, de forma que la señal emitida porun único transmisor se reciba por dos caminosdiferentes en dos receptores separados.
Una distancia conveniente entre antenas viene dada por:
Donde; d: longitud del vanoh1: altura de la antena
Transmisora
Diversidad
•Según los Parámetros de Caminos Radioeléctricos
•De Frecuencia: Consiste en una doble transmisión/recepción en frecuencias distintas, de forma que cuando una se desvanece, la otra se recibe en fase. Se basa en que difiere para frecuencias separadas de un 2 a un 5 %.
Para conseguir una buena decorrelación, la separaciónrelativa debe ser del 3-5%, sin embargo debido a laescasa disponibilidad de frecuencias, es común empleardel 2 % o 1%.
Diversidad
•Según los Parámetros de Caminos Radioeléctricos
•De Ángulo: Antenas con dos o más haces separadospor pequeños ángulos en el plano vertical, o bienantenas separadas apuntando con ángulos diferentes.
•De Polarización: Una sola portadora de RF se propagacon dos polarizaciones electromagnéticas diferentes,vertical y horizontal. Las ondas electromagnéticas nonecesariamente están sometidas a las mismasdegradaciones de transmisión. Se usa en general con ladiversidad de espacio.
•De Trayecto: Realiza el enlace en paralelo, recorriendodos caminos diferentes, se utiliza para desvanecimientooriginado por precipitaciones.
•Cuádruple: Combinación de diversidad de frecuencia, espacial y de polarización y de recepción en un solo sistema. Solo se utiliza en vanos excepcionalmente difíciles (Ej.: grandes recorridos sobre el mar).
Diversidad
•Según el procesamiento de la Señal: Se busca obteneruna única señal a partir de la operaciones que se realicencon las señales entregadas por los receptores del sistema dediversidad.
•De Conmutación: Se elige la mejor señal entre laspresentes, en base a un análisis de intensidad de lasmismas, efectuándose una conmutación para conectar laseñal al receptor correspondiente a esa señal masintensa, la señal lleva consigo una microinterrupción.
•De Combinación: se combinan las señales procedentesde las ramas de diversidad para obtener una salidaúnica. La combinación puede efectuarse en RF o FI(predetención) o en banda de base (postdeteccion).Mayormente los combinadores trabajan en banda debase.
Diversidad
•Ventajas y Desventajas de las Técnicas de Diversidad
Diversidad
Técnica Ventajas Desventajas Equipos
mínimos a
utilizar
De Espacio Proporciona un uso
eficiente del espectro de
frecuencia y una
protección bastante mayor
que la de frecuencia.
Una de las medidas mas
eficaces contra
desvanecimientos
multitrayecto.
Es mas costosa que la
diversidad de
frecuencia por las
guías de ondas y las
antenas adicionales
Dos antenas,
un transmisor y
dos receptores
para cada
estación
De
FrecuenciaProporciona dos
trayectorias eléctricas del
transmisor al receptor
Requiere un
radiocanal adicional
para la misma
capacidad de tráfico.
Duplica el espectro de
frecuencia y los
equipos necesarios.
Una antena,
dos
transmisores y
dos receptores.
RECOMENDACIÓN UIT-R F.752-2
Técnicas de diversidad para sistemas inalámbricos fijos punto a punto
La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, consideran
a) que el desvanecimiento selectivo en frecuencia puede deformar y reducirla intensidad de las señales recibidas en trayectos de visibilidad directa y
transhorizonte y disminuir así la calidad de funcionamiento de un sistema
inalámbrico fijo;
b) que la aplicación de las técnicas de diversidad es útil para reducir los
efectos del desvanecimiento sobre la calidad del sistema;c) que se necesita proporcionar la recepción por diversidad a fin de
alcanzar una calidad satisfactoria en los trayectos por difracción y
transhorizonte;
d) que se han estudiado y están en uso varias técnicas para realizar la
diversidad en trayectos de visibilidad directa, con difracción ytranshorizonte;
e) que la aplicación de las técnicas de diversidad puede proporcionar una
calidad elevada en los sistemas de visibilidad directa que utilizan
eficazmente el espectro radioeléctrico;
f) que en las Recomendaciones UIT-R P.530 y UIT-R F.1093 figura más
información sobre el uso y aplicación de técnicas de diversidad
Diversidad
Los métodos clásicos se conocen genéricamente como diversidad de
frecuencias y diversidad en el espacio.
En la diversidad de frecuencias la misma información se transmite por más
de un radiocanal.En la diversidad en el espacio, la señal alcanza al receptor recorriendo
trayectos radioeléctricos diferentes entre las antenas transmisora y
receptora correspondientes.
Una descripción de las diferentes posibilidades de diversidad para sistemas afectados de forma diferente por la propagación anómala requiere una
descripción detallada de las técnicas de diversidad en el
espacio.
Otra perspectiva acerca de la Diversidad
Diversidad
Utilizan diversidad múltiple con amplia flexibilidad en el emplazamientotridimensional de las antenas, y algunas veces diversidad angular formandohaces múltiples o diagramas directivos con una sola antena. La diversidadangular proporciona señales relativamente no correlacionadas aprovechandolas variaciones del ángulo de llegada en el receptor de la energía dispersada.
Con visibilidad directa la diversidad en el espacio
Los sistemas transhorizonte utilizan diversidad en transmisión y en recepción
Se realiza habitualmente, cuando las degradaciones son la distorsión y la pérdida depotencia de la señal, mediante dos antenas en el receptor con una separación verticalsuficiente como para que las señales obtenidas presenten unas degradaciones, debidasal desvanecimiento por trayectos múltiples, suficientemente no correlacionadas. A finde mantener la calidad de los sistemas radioeléctricos digitales, en los cuales ladegradación más importante debida a la propagación es la distorsión de la señal, se hanaplicado métodos de diversidad basados en la estructura no uniforme del campoelectromagnético incidente cerca de la antena receptora principal, en lugar de utilizargrandes separaciones para que las degradaciones no estén correlacionadas
Diversidad
Diversidad
Diversidad
Diversidad espacial en radiocomunicaciones
El uso de múltiples antenas en emisión y recepción de un
enlace de comunicaciones, aun no siendo una ideatotalmente nueva (aplicaciones clásicas en sonar,
radioastronomía, acústica, etc), se ha mostrado en los
últimos tiempos como un eficaz modo de incrementar
sustancialmente la capacidad de los canales de
comunicación disponibles. Su uso eficiente junto al resto delos recursos disponibles, como son la diversidad espacial
(codificación), potencia, ancho de banda, inteligencia de
red, etc, permiten diseñar sistemas capaces de atender las
necesidades de incesante incremento de las velocidades de
transmisión para dar respuesta a un cada vez mayornúmero de usuarios con requerimientos de más y más altos
flujos de información. Una revisión global de todas estas
técnicas serán abordadas en esta conferencia