CONFIGURACION GSM

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Tema 2: Factores que Afectan la Transmisión Profesora Maria Elena Villapol [email protected]

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  • Tema 2: Factores que Afectan la TransmisinProfesora Maria Elena [email protected]

  • Factores que afectan la transmisin LOSLa prdida describe el decremento en la amplitud de una seal.Factores: Resistencia de los cables y conectores.Diferencias entre la impedancia en los cables y conectores.Prdida en el espacio libre (Free space loss)RuidoMulti trayecto (Multipath)ReflexinRefraccinDifraccinScatteringAbsorcin

  • AtenuacinLa fuerza de la seal decrece con la distancia.Los factores de atenuacin para los medios no guiados son:La seal recibida debe tener la suficiente fuerza para ser interpretada correctamente por el receptor.La seal debe mantener un nivel ms alto que el ruido para ser recibido sin error. Si la atenuacin es ms alta a altas frecuencias causa distorsin.

  • Prdida en el espacio Libre (Free space loss)Es un tipo de atenuacin.Con la distancia la seal se dispersa.Es expresada en la siguiente frmula para antenas ideales:

    Pr = potencia de la seal de la antena receptora.Pt = potencia de la seal de la antena transmisora = longitud de la onda portadorad = distancia de propagacin entre las antenasc = velocidad de la luz ( 3 * 108 m/s)d y tienen las mismas unidades (e.g., metros)

  • Prdida en el Espacio LibrePrdida en decibelios:

    si d est en metros y f en Hz se tiene Si d est en kilmetros y f en MHz entonces:

  • Prdida en el Espacio Libre

  • Prdida en el Espacio LibrePara otras antenas se tiene la siguiente ecuacin:

    Gt = ganancia de la antena que transmite.Gr = ganancia de la antena que recibe.At = rea efectiva de la antena que transmite.Ar = rea efectiva de la antena que recibe.

  • Prdida en el Espacio LibreLa frmula anterior en decibelios es:

  • Prdida en el Espacio LibreTabla 1: Relacin entre la prdida en el espacio libre y la distancia entre transmisor y receptor [1]

  • RuidoRuido termalRuido de intermodulacinCrosstalkRuido de Impulso

  • Ruido TermalDebido a la agitacin de los electrones.Est presente en todos los dispositivos y medios de transmisin.No puede ser eliminado.Particularmente significante en redes satelitales.

  • Ruido TermalEl ruido termal presente en un ancho de banda B Hz es:

    k = constante de Boltzmann = 1.3803 X 10-23 J/KT = temperatura, en kelvins (temperatura absoluta)En decibelios-wats

  • Otros RuidosRuido nter modulacin: ocurre cuando diferentes frecuencias comparten el mismo medio.La interferencia es causada por la seal resultante que tiene un frecuencia igual a la suma o diferencia de la frecuencia original.Crosstalk no deseable acoplamiento de el camino de las seales.Ruido impulsivo pulso irregularesTienen corta duracin y relativa alta amplitud.Causado por disturbios electromagnticos o equipos con fallas.

  • AbsorcinLa absorcin ocurre cuando un objeto disminuye la intensidad de la radiacin incidente.El vapor de agua y oxigeno contribuyen a la atenuacin de las seales.A frecuencias menores a los 15 GHz la atenuacin es menor.La lluvia y niebla causa atenuacin.El agua absorbe rpidamente las ondas electromagnticas, as como muchas otras substancias.La energa absorbida generalmente se transforma en calor.

  • RefraccinLa refraccin es la inclinacin de las ondas de radio cuando pasan a travs de un medio de diferente densidad.

  • DifraccinLa difraccin ocurre cuando la seal de radio entre el transmisor y el receptor es obstruida por una superficie que tiene irregularidades puntiagudas o una superficie desigual que producen un curvado aparente de las ondas.

  • DifraccinEste ejemplo basado en el ejemplo del charco de agua.Considere que se coloca un ramita a travs de la superficie del agua cerca del sitio donde la roca golpee el agua. Cuando las ondas choquen con la ramita sern bloqueadas en cierto grado, pero en una lato grado, las ondas se curvarn alrededor de la misma.

  • DifraccinLas ondas se curvan alrededor de un objeto

  • ReflexinLa reflexin ocurre cuando la seal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la seal . La reflexin ocurre de la superficie de la tierra, edificios, paredes, entre otros.

  • ScatteringOcurre cuando la seal tropieza un cuerpo cuyo tamao es menor que la longitud de onda de la seal y el volumen de obstculos por unidad de volumen es larga. Algunos ejemplos de objetos que pueden causar scattering son postes de luz, seales de trnsito.

  • ScatteringProducto del scattering la seal principal se puede destruir cuando, por ejemplo, choca con una superficie quebrada y es reflejada en muchas direcciones. Esto puede ocurrir cuando una onda RF es reflejada al chocar con rocas, arena. Por otro lado la seal puede ser reflejada en una pequea escala producto del choque de la onda RF con partculas tales como las partculas de polvo pesadas. El scattering puede ser visto como muchas pequeas reflexiones.

  • Scattering

  • Razn de Onda Estacionaria de Voltaje (Voltaje Standing Wave Ratio (VSWR)) El VSWR ocurre cuando hay una diferencia de impedancia (resistencia a un flujo de corriente medido en ohms) entre dispositivos en el sistema. VSWR es entonces causado por una seal RF reflejada en un punto donde hay discrepancias de impedancias en el camino de la seal. El VSWR causa la prdida de retorna que es aquella definida como la prdida de la energa a travs de un sistema debido a que parte de la potencia se refleja hacia atrs hacia el transmisor.

  • Razn de Onda Estacionaria de Voltaje (Voltaje Standing Wave Ratio (VSWR))

  • El VSWR es un radio que expresa la relacin entre dos nmeros como por ejemplo 1,5:1. El segundo nmero es siempre 1 (no discrepancia entre impedancias). Mientras que el primer nmero vara.Mientras este sea mas pequeo es mejor menor la discrepancia de impedancias (es mejor).Razn de Onda Estacionaria de Voltaje (Voltaje Standing Wave Ratio (VSWR))

  • MultitrayectoLos obstculos reflejan las seales causando que mltiples copias con diferentes retardos sean recibidas.Dependiendo de las diferencias en las longitudes de las ondas directas y reflejadas, la seal compuesta puede ser ms larga o ms pequea que la seal directa.En la telefona mvil hay muchos obstculos.En otros casos como satlites y microondas las antenas pueden ser localizadas donde no existan muchos obstculos cercanos.

  • Multitrayecto : Ejemplos de Interferencia

  • Efectos del Multitrayecto: Decaimiento de la Amplitud de la sealEs producto de las mltiples ondas reflejadas que estn desfasadas con respecto a la seal principal, y cuyas amplitudes se suman a su seal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma

  • Efectos del Multitrayecto: Decaimiento de la Amplitud de la seal

  • Efectos del Multitrayecto: CorrupcinEs causado por el mismo fenmeno que el decaimiento de la amplitud de la seal pero en mayor magnitud. En tal sentido, cuando se suman las amplitudes de las seales desfasadas con la seal principal, la amplitud de la misma puede ser enormemente reducida en vez de un poco reducida como en el caso anterior. La consecuencia es que con la receptividad del receptor este no puede descifrar la informacin transportada en la seal. Adicionalmente, la seal a ruido es usualmente baja, impidiendo que el receptor distinga entre el ruido y la informacin transportada por la seal.La corrupcin requiere que la data sea enviada nuevamente.

  • Efectos del Multitrayecto: Corrupcin

  • Efectos del Multitrayecto: NullingCuando mltiples copias de una onda reflejada llegan fuera de fase al receptor y se suman con la seal principal de forma tal que la amplitud de la seal principal es cancelada.Cuando ocurre la cancelacin (nulling) los componentes tales como le transmisor, receptor o los objetos reflexivos deben moverse ya que la retransmisin de la seal no resuelve el problema.

  • Efectos del Multitrayecto: Nulling

  • Efectos del Multitrayecto: Aumento de la Amplitud de la sealEs producto de las mltiples ondas reflejadas que estn en fase con respecto a la seal principal y cuyas amplitudes se suman a su seal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma.Sin embargo, hay que notar que bajo ninguna condicin la seal resultante que llega al receptor es ms fuerte que la seal transmitida en el lado del transmisor. Lo que si puede suceder es que, producto de la suma de estas seales reflejadas en fase con la seal principal, la seal resultante sea ms fuerte que aquella generada de no haberse producido multi-trayecto.

  • Efectos del Multitrayecto: Aumento de la Amplitud de la seal

  • Desvanecimiento (Fading)Es usado para describir las fluctuaciones rpidas en las amplitudes, fases o retardos de una seal de radio en un perodo corto de tiempo o distancia de viaje.El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o ms versiones de la seal transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente deferentes.La seal recibida denominada onda multitrayecto puede entonces variar significativamente en sus caractersticas.

  • Factores que Influencian el Desvanecimiento Muchos factores pueden causar el desvanecimiento:Propagacin de multitrayecto.Velocidad del usuario mvil.Velocidad de los objetos alrededor del radio del canal.

  • Desvanecimiento: Propagacin de MultitrayectoReflexin: ocurre cuando la seal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la seal.Difraccin: ocurre en los lados de un cuerpo impenetrable que es largo comparado con la longitud de onda de la onda de radio.Scattering: ocurre cuando la seal tropieza un cuerpo cuyo tamao est en el orden o es menor que la longitud de onda de la seal.

  • Desvanecimiento: Propagacin de Multitrayecto

  • Desvanecimiento: Efectos de la Propagacin MultitrayectoMltiples copias de una seal pueden llegar a diferentes fases.Las ondas de radio provenientes de diferentes direcciones llegan con diferentes retardos. As, la seal recibida por el usuario mvil puede consistir de un nmero de ondas con aleatorias caractersticas de onda que pueden combinarse vectorialmente en la antena del receptor causando distorsin o prdida.

  • Desvanecimiento: Efectos de la Propagacin Multitrayecto

  • Propagacin de RadioOnda directaOnda terrestreOnda reflejadaReflexiones en la ionosferaRefraccin en un obstculoEfecto de la curvatura terrestre

  • Propagacin de Radio

  • Mecanismos para Compensar los ErroresCorreccin de Errores hacia adelante:Basado en tcnicas de deteccin y correccin de errores en el receptor.Se estudiaran posteriormente.EcualizacinUsado en contra de interferencia nter smbolos.Algunos mtodos comprende juntar la energa de smbolos dispersos en su intervalo original.

  • Mecanismos para Compensar los ErroresDiversidad - Consiste en proporcionar mltiples canales lgicos entre el transmisor y el receptor y enviar la seal sobre cada canal.Diversidad Espacial: Por ejemplo, colocar mltiples antenas para recibir mensajes.Reconstruir la seal que con mayor probabilidad se transmiti.

  • Mecanismos para Compensar los ErroresDiversidad en Frecuencia:Dispersar la seal sobre un ancho de banda grande oTransportarla seal usando mltiples portadoras de frecuencia.Ver espectro disperso posteriormente.Diversidad Temporal:Dispersar la data en el tiempo para que el ruido afecte pocos bits.

  • Mecanismos para Compensar los ErroresDiversidad temporal (ejemplo)

  • Mecanismos para Compensar los ErroresMacro diversidad:Uso de varios enlaces entre el mvil y estaciones fijas.Soft handover.

  • Mecanismos para Compensar los Errores: Diversidad de AntenasLa diversidad de antenas consiste en colocar mltiples antenas, entradas y receptores para compensar las condiciones que causan el multi-trayecto.

  • Mecanismos para Compensar los Errores: Diversidad de AntenasDiversidad de antena (no activa): es raramente usada y consiste en usar mltiples antenas en una simple entrada.Diversidad por Conmutacin: consiste colocar mltiples antenas en mltiples receptores, quienes se conmutaran basado en la fuerza de la seal recibida.Diversidad por Conmutacin de Antena: se usan mltiples antenas en mltiples entradas pero un solo receptor. La seal es recibida a travs de una antena a la vez.Diversidad de fase: ajusta la fase de la antena a la fase de la seal para mantener la calidad de la seal.Diversidad de transmisin: consiste en transmitir de la antena ltima usada para recepcin porque la seal recibida tuvo la mejor calidad comparado con las otras seales. Si el radio debe retransmitir una seal, alternara las antenas hasta que se realice una transmisin exitosa. Adicionalmente una unidad puede transmitir o recibir pero no ambas.

  • Mecanismos para Compensar los Errores: Diversidad de Antenas

  • Zona de FresnelEs un rea que se puede ver como de forma helicoidal que se encuentra en la mitad entre el transmisor y el receptor. El rea es mas angosta hacia las antenas y mas ancha en la mitad.

  • Zona de FresnelEsta zona surge porque la energa de una onda RF no est concentrada en un rayo similar a un lser. Si un obstculo obstruye est zona, la energa ser bloqueada por el mismo haciendo que la mayor parte de la misma no llegue al receptor.

  • Zona de FresnelMltiples zonas de Fresnel se forman alrededor del el eje de LOS central. La primera zona de Fresnel suma a la amplitud de la seal principal porque est en fase, mientras que la segunda sustrae porque est fuera de fase. Las zonas se van alternado entre en fase y fuera de fase. As sera una ventaja por ejemplo bloquear la segunda zona de Fresnel.

  • Zona de FresnelLa primera zona de Fresnel debe estar al menos 60% desbloqueada. Si ms del 40 % de la zona est bloqueada se puede suponer una degradacin severa en la fuerza de la seal

  • Zona de FresnelEl radio de la zona de Fresnel se puede calcular de la siguiente manera:

    Rn es el radio de la zona de FresnelM es una constante de proporcionalita igual a:17,3 si R es en metros y D1 Y D2 estn en Km72,1 si R esta en pies y D1 Y D2 estn en millasf es la frecuencia en GHZN es el nmero de la zona de FresnelD1 es la distancia de la fuente a la obstruccin D2 es la distancia del destino a la obstruccin

  • Zona de FresnelUn usuario esta en su cubculo a 50 pies del punto de acceso. Cual es el radio de la primera zona de Fresnel en el punto donde un gabinete est entre el laptop y el punto de acceso? El gabinete est a 4 pies del usuario:D1 = 46 del APD2 = 4del adaptador inalmbrico del usuarioRn= 1,2 pies60% del radio = 0,737 pies

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema Gs: ganancia de salida.Pca: prdida del cable del extremo transmisor.Pna: prdida de los conectores del extremo transmisor.Gaa: ganancia de la antena del extremo transmisor.Pp: prdida en el espacio libre.Gab: ganancia de la antena del extremo receptor.Pab: prdida de los conectores del extremo receptor.Pcb: prdida del cable del extremo receptor.Siendo la seal que llega al receptor:S = Ga Pna + Gaa Pp + Gab Pnb Pcb.

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema Potencia de transmisin +25dBmPrdida en los cables -1dBPrdida en el Diplexer de TX -2 dBPrdida en el Cable de TX -2.5 dBGanancia de la antena TX +21 dBiPrdida en el espacio libre (FSL) -124.5 dBGanancia de la antena RX +21 dBiPrdida en el Cable RX de -2.5dBPrdida en el Diplexer de RX -2 dBPrdida en Cable -1 dB---------------Nivel de Seal Recibida = -68.5dBm

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema Dependiendo de las caractersticas del equipo receptor, el nivel de seal puede o no ser suficiente.Esto es conocido como sensibilidad del receptor.

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema

  • Presupuesto de un Enlace o Margen de Operatividad de un Sistema : Sensibilidad del ReceptorEquipo DLINKReceiver Sensitivity* 54Mbps OFDM, 10% PER,-68dBm)48Mbps OFDM, 10% PER,-68dBm)36Mbps OFDM, 10% PER,-75dBm)24Mbps OFDM, 10% PER,-79dBm)18Mbps OFDM, 10% PER,-82dBm)12Mbps OFDM, 10% PER,-84dBm)11Mbps CCK, 8% PER,-82dBm)9Mbps OFDM, 10% PER,-87dBm)6Mbps OFDM, 10% PER,-88dBm)5.5Mbps CCK, 8% PER,-85dBm)2Mbps QPSK, 8% PER,-86dBm)1Mbps BPSK, 8% PER,-89dBm)

  • Eleccin de una Antena: En ResumenFrecuenciaTipo de AntenaDirectividadGananciaPolarizacinGananciaConectoresCables

  • Ejemplo de un Enlace InalmbricoThe Swedish Space Corporation (SSC) announced 12 December 2002 that they have transmitted information via a broadband wireless link over a distance of 310km. They believe that this is the longest distance achieved using wireless connectivity.

    The link was made between a stratospheric balloon that was launched from Esrange near the town of Kiruna in northern Sweden and a base station located near Esrange. Onboard the balloon was a 2.4 meters antenna and radio supplied by Alvarion, with a 6 watts power amplifier, a camera and a server. Automatic tracking of the antenna using GPS technology was employed.

    The information between the balloon and the base station was transmitted over the 2.4GHz spectrum with a stable signal strength of -68 dBm. The round trip ping response at 300 km was 300-500 ms