DESVANECIMIENTO

El desvanecimiento se debe normalmente a los cambios atmosféricos y a las reflexiones del trayecto de propagación al encontrar superficies terrestres o acuáticas.

La intensidad del desvanecimiento aumenta en general con la frecuencia y la longitud de trayecto.

En caso de transmisión sobre terreno accidentado, el desvanecimiento debido a propagación multrayecto es relativamente independiente del citado margen sobre obstáculo y en casos extremos tiende a aproximarse a la distribución de Rayleigh, es decir, la probabilidad de que el valor instantáneo del campo supere el valor R es :

-R/R0

P (R) = e

En donde: Ro es el valor eficaz.

En la figura se presentan valores típicos de desvanecimiento para trayectos con suficiente margen sobre obstáculos.

Los tipos de desvanecimiento que influye sobre la contabilidad de la propagación en los sistemas de microondas son selectivos y no selectivos.

Desvanecimiento en el peor mes para trayectos de 40 a 60 Kms con visibilidad

y margen sobre obstáculos de 15 a 30 m

DESVANECIMIENTO SELECTIVO Y NO SELECTIVO

Denominamos desvanecimiento selectivo al fenómeno ocasionado por las ondas, las cuales al tener interferencias entre ellas debido a que recorren caminos diferentes en las ionosferas siendo sensibles a las frecuencias. Por lo tanto una onda moduladora como una portadora de distintas bandas de frecuencias no se desvanece necesariamente en la misma forma.

Cabe destacar antes de profundizar en el tema que este fenómeno produce ciertas deformaciones en las ondas

Éste fenómeno introduce una deformación en la onda recibida, deformación particularmente intensa cuando la onda portadora se desvanece reduciéndose su amplitud hasta alcanzar un valor proporcionalmente menor que las bandas laterales.

Comportamiento de las ondas con respecto a una estación radioemisora

En la cercanía del radioemisor las ondas de tierra son las que dominan mientras que a grandes distancias son las ondas del cielo las que dominan, a distancias moderadas entre ambas las dos ondas presentan aproximadamente los mismos valores en cuanto a magnitud, mientras que el valor del campo resultante depende mas que todo de la relación de fase que existe entre ambas, sin embrago esta relación de fase puede cambiar debido a factores como la frecuencia. Por lo tanto se podrá concluir que a pesar de que las ondas de tierra y del cielo se encuentren en igual intensidad podrán tener un ligero desvanecimiento selectivo debido a las deformaciones que pueden ocurrir..

MODELOS DE DESVANECIMIENTO

A continuación se presenta el efecto de la recepción de múltiples señales:

Para un usuario de movimiento rápido: fluctuaciones rápidas de la señal en amplitud y fase.

Para una señal digital banda ancha: dispersión e interferencia entre símbolos.

Para una señal de televisión analógica: imágenes "fantasmas" a la derecha.

Para un usuario estacionario de un sistema de banda estrecha: buena recepción en ciertas frecuencias y lugares; pobre recepción en otras frecuencias y lugares.

 

 

 

Difusión de Retardo. Debido a las reflexiones por múltiples señales, la respuesta impulsiva de un canal inalámbrico luce como una serie de pulsos.

Donde se puede definir la potencia media local recibida con exceso de retardo dentro del intervalo (t, t + dt). Esto demuestra el perfil de retardo del canal.

La máxima difusión de retardo es el intervalo de tiempo total durante el cual las reflexiones llegan con suficiente energía.

La difusión de retardo RMS (T_RMS) es el valor de desviación estándar del retardo de las reflexiones, proporcional a la energía en las ondas reflejadas.

 

Para una señal digital con alta tasa de bits, esta dispersión está denominada como desvanecimiento selectivo en frecuencia e interferencia entre símbolos (ISI)

Valores Típicos: En radio móvil macro-celular, las difusiones de retardo están entre el rango T_RMS de 100 nsec. hasta 10 microseg.

Una típica difusión de Retardo de 0.25 microseg. corresponde a un ancho de banda de aproximadamente 640 Khz. Medidas hechas en los Estados Unidos indicaron que difusiones de Retardo son generalmente menores que 0.2 microseg. en áreas abiertas, aproximadamente 0.5 microseg. en áreas suburbanas y 3 microseg. para áreas urbanas.

En canales estacionarias y micro-celular, la difusión de Retardo es usualmente menor, y raramente excede a unos pocos cien nanosegundos. Reportes de 4 ciudades de Europa demuestran menos de 8 microseg. en canales macro-celular, menos que 2 microseg. en canales micro-celular y entre 50 y 300 ns. en canales pico-celular.

Los modelos de desvanecimientos que se implementan en la actualidad para el estudio de sus efectos en los sistemas inalámbricos se tienen:

Desvanecimiento Rayleigh. El desvanecimiento Rayleigh es causado por la recepción de múltiples señales. La antena móvil recibe un gran número de ondas reflejadas y esparcidas. Debido a los efectos de cancelación de ondas, la potencia instantánea recibida por una antena en movimiento se convierte en una variable aleatoria, que depende de la ubicación de la antena.

 

 

Desvanecimientos Rayleigh Múltiples. En sistemas inalámbricos, típicamente se experimenta interferencia desde múltiples transmisores. La acumulación de desvanecimientos Rayleigh múltiples requiere del estudio de la naturaleza de las señales que contribuyen con la interferencia.

Si se considera el comportamiento de la señal durante un intervalo T, donde T sea corto comparado con la tasa o porcentaje de desvanecimiento del canal, entonces el desvanecimiento no afectará las amplitudes y fases de las señales, pero la modulación si puede afectar las amplitudes y las fases durante el intervalo T.

Desvanecimientos Rayleigh incoherentes con igual potencia media: Si la interferencia es causada por la suma de las potencias de n desvanecimientos Rayleigh, con idéntica potencia media local. La función de densidad de probabilidad (PDF) del conjunto de potencia de interferencia es la convolución n-ésima de la distribución exponencial de la potencia de una señal de interferencia individual. La función de densidad de probabilidad del conjunto de potencia de interferencia es obtenida para tener una distribución gamma, por lo tanto, si se define la amplitud proporcional a la raíz cuadrada de la potencia, entonces se determinará que la amplitud tiene una distribución Nakagami.

Desvanecimiento Rician. El modelo de desvanecimiento Rician es similar al de Rayleigh, excepto que en Rician está presente un componente dominante que podría ser la línea de vista (line-of-sight) de la onda. Por lo tanto para definir los modelos Rician se tiene que la onda dominante puede ser una suma de "phasor" de

dos o más señales dominantes, y que la onda dominante también pueda estar sujeta a atenuación de sombra.

 

 

Además de la componente dominante, la antena móvil recibe una gran cantidad de ondas reflejadas y esparcidas.

 

Modelo de canal vehículo a vehículo. El modelo de comunicación de vehículo a vehículo consiste principalmente en la transmisión de datos telemétricos como por ejemplo: status del vehículo, velocidad y aceleración. Señales que interfieren se presentaran desde vehículos dentro o fuera de la línea.

El enlace de radio vehículo a vehículo puede ser modelado estadísticamente como un canal de desvanecimiento Rician. El componente dominante en el canal de desvanecimiento Rician es relativamente fuerte comparado con la señal reflejada y la difusión de retraso es relativamente pequeña porque ocurren reflexiones en la vecindad inmediata de la antena de transmisión y recepción. El canal de propagación se modela como una componente dominante que consiste en una onda de línea de vista, una onda reflejada de tierra, un conjunto de ondas reflejadas a tiempo y la interferencia inter símbolo causada por ondas excesivamente retardadas

Los modelos propuestos para propagación micro-celular consideran pérdida de trayectoria desde un espacio libre hasta propagación debido a la tierra.

Desvanecimiento Nakagami. Adicionalmente a los desvanecimientos de Rayleigh y Rician, otros modelos se han definido para la pdf de una amplitud de una señal expuesta al desvanecimiento móvil. Uno de estos modelos es la distribución-m Nakagami

Datos o hechos del modelo Nakagami:

Si la cubierta es Nakagami distribuida, la potencia instantánea correspondiente es gamma distribuida.

El parámetro m es llamado el factor de condición (Shape factor) de la distribución Nakagami o gamma.

El caso especial m=1, el desvanecimiento Rayleigh es recuperado, con una potencia instantánea distribuida exponencialmente.

Para m > 1, las fluctuaciones de la fuerza de la señal se reducen comparado al desvanecimiento Rayleigh.

El desvanecimiento Nakagami ocurre por instantes para señales esparcidas múltiples, con relativas difusiones largas de retardos y diferentes grupos de ondas reflejadas. Dentro de cada grupo, las fases de las ondas reflejadas individuales son aleatorias, pero los tiempos de retardo son aproximadamente iguales para todas las ondas. El resultado de cada grupo de señal es el Rayleigh distribuido. El tiempo de retardo promedio se toma en cuenta para diferenciar significativamente los grupos. Si los tiempos de retardo también exceden substancialmente el tiempo de bit de un enlace digital, los grupos que difieren producen serias interferencias inter símbolos, por lo tanto la interferencia propia de múltiples señales se aproxima a la interferencia del co-canal a través de desvanecimientos Rayleigh incoherentes.

Después de una combinación de máxima proporción (MRC) de k con desvanecimientos Rayleigh en un sistema, la señal resultante es un Nakagami con m = k. Por lo tanto, la combinación MRC de desvanecimientos Nakagami-m en ramos de k, transforma con un factor mk a la señal Nakagami.

El modelo Nakagami es frecuentemente usado para describir la interferencia acumulada desde las fuentes de desvanecimientos Rayleigh, particularmente si están idénticamente distribuidas (la misma potencia media local).

Algunas veces, el modelo de Nakagami se utiliza para hacer la aproximación a la distribución Rician. Mientras este modelo pueda estar acertado en el cuerpo principal de la densidad de probabilidad. Como los errores de bit principalmente ocurren durante las fallas de profundidad, las medidas de desempeño son determinados por la cola de la función de densidad de probabilidad (probabilidad de recibir una potencia baja). Sin embargo, es incorrecto aproximar el desvanecimiento de una señal Rician a través de un modelo Nakagami, si se está interesado en tasas de error.