Tema 2: Factores que Afectan la

Transmisión

Profesora Maria Elena Villapol

mvillap@ciens.ucv.ve

Factores que afectan la transmisión LOS

• Atenuación y distorsión de atenuación• Pérdida en el espacio libre (Free space loss)• Ruido• Absorción atmosférica• Multi trayecto (Multipath)• Refracción• Ruido termal

Atenuación

• La fuerza de la señal decrece con la distancia.

• Los factores de atenuación para los medios no guiados son:– La señal recibida debe tener la suficiente fuerza

para ser interpretada correctamente por el receptor.

– La señal debe mantener un nivel más alto que el ruido para ser recibido sin error.

– Si la atenuación es más alta a altas frecuencias causa distorsión.

Pérdida en el espacio Libre (Free space loss)

• Es un tipo de atenuación.• Con la distancia la señal se dispersa.• Es expresada en la siguiente fórmula para antenas ideales:

• Pr = potencia de la señal de la antena receptora.

• Pt = potencia de la señal de la antena transmisora

= longitud de la onda portadora

• d = distancia de propagación entre las antenas

• c = velocidad de la luz (» 3 * 108 m/s)

d y tienen las mismas unidades (e.g., metros)

2

2

2

2 44

c

fdd

P

P

r

t

Pérdida en el Espacio Libre

• Pérdida en decibelios:

dBdd

P

PL

r

tdB 98,21log20log20

)4(log20log10 10101010

•Pérdida en decibelios en función de la frecuencia, d esta en Km y f en MHz:

dfLdb 1010 log20log204,32

Pérdida en el Espacio Libre

Pérdida en el Espacio Libre

•Para otras antenas se tiene la siguiente ecuación:

•Gt = ganancia de la antena que transmite.

Gr = ganancia de la antena que recibe.

At = área efectiva de la antena que transmite.

Ar = área efectiva de la antena que recibe.

trtrtrr

t

AAf

cd

AA

d

GG

d

P

P2

22

2

22 )()()4(

Pérdida en el Espacio Libre

•La fórmula anterior en decibelios es:

dBAAdfP

PL tr

r

tdB 54,169)(log10log20log20log10 10101010

Ruido

• Ruido termal• Ruido de intermodulación• Crosstalk• Ruido de Impulso

Ruido Termal

• Debido a la agitación de los electrones.• Está presente en todos los dispositivos y medios de

transmisión.• No puede ser eliminado.• Particularmente significante en redes satelitales.

Ruido Termal

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

– k = constante de Boltzmann = 1.3803 X 10-23 J/K

– T = temperatura, en kelvins (temperatura absoluta)

• En decibelios-wats

bTdBWBTkN log10log106,228log10log10log10

kTBN

Otros Ruidos

• Ruido Ínter modulación: ocurre cuando diferentes frecuencias comparten el mismo medio.– La interferencia es causada por la señal resultante que tiene un

frecuencia igual a la suma o diferencia de la frecuencia original.

• Crosstalk – no deseable acoplamiento de el camino de las señales.

• Ruido impulsivo – pulso irregulares– Tienen corta duración y relativa alta amplitud.– Causado por disturbios electromagnéticos o equipos con fallas.

Absorción

• La absorción ocurre cuando un objeto disminuye la intensidad de la radiación incidente.

• El vapor de agua y oxigeno contribuyen a la atenuación de las señales.

• A frecuencias menores a los 15 GHz la atenuación es menor.

• La lluvia y niebla causa atenuación.

• El agua absorbe rápidamente las ondas electromagnéticas, así como muchas otras substancias.

• La energía absorbida generalmente se transforma en calor.

Refracción/LOS

• Refracción – inclinación de la microondas por la atmósfera– La velocidad de las ondas

electromagnéticas es una función de la densidad del medio.

– Cuando el medio cambia, la aceleración cambia

Dirección de la refracción

Área con mayorÍndice de refracción

Área con menorÍndice de refracción Dirección

de incidencia

Dirección de la refracción

Área con mayorÍndice de refracción

Área con menorÍndice de refracción Dirección

de incidencia

Multitrayecto

• Los obstáculos reflejan las señales causando que múltiples copias con diferentes retardos sean recibidas.

• Dependiendo de las diferencias en las longitudes de las ondas directas y reflejadas, la señal compuesta puede ser más larga o más pequeña que la señal directa.

• En la telefonía móvil hay muchos obstáculos.• En otros casos como satélites y microondas las antenas

pueden ser localizadas donde no existan muchos obstáculos cercanos.

Multitrayecto : Ejemplos de Interferencia

Desvanecimiento (Fading)

• Es usado para describir las fluctuaciones rápidas en las amplitudes, fases o retardos de una señal de radio en un período corto de tiempo o distancia de viaje.

• El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o más versiones de la señal transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente deferentes.

• La señal recibida denominada onda multitrayecto puede entonces variar significativamente en sus características.

Factores que Influencian el Desvanecimiento

• Muchos factores pueden causar el desvanecimiento:– Propagación de multitrayecto.– Velocidad del usuario móvil.– Velocidad de los objetos alrededor del radio del canal.

Desvanecimiento: Propagación de Multitrayecto

• Reflexión: ocurre cuando la señal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la señal.

• Difracción: 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 señal tropieza un cuerpo cuyo tamaño está en el orden o es menor que la longitud de onda de la señal.

Desvanecimiento: Propagación de Multitrayecto

posteR

S

DR

posteR

S

DR

Señal Reflejada y Refractada

Desvanecimiento: Difracción

• La difracción es uno de los factores que explican la cobertura en sitios visualmente bloqueados.

• Los objetos agudos causan mucha más difracción que los de bordes suaves.

• El frente de onda es frenado por el obstáculo, mientras que el resto prosigue con la misma velocidad.

Desvanecimiento: Efectos de la Propagación Multitrayecto

• Múltiples copias de una señal pueden llegar a diferentes fases.

• Las ondas de radio provenientes de diferentes direcciones llegan con diferentes retardos.

• Así, la señal recibida por el usuario móvil puede consistir de un número de ondas con aleatorias características de onda que pueden combinarse vectorialmente en la antena del receptor causando distorsión o pérdida.

Desvanecimiento: Efectos de la Propagación Multitrayecto

Tiempo

Tiempo

Señales recibidas

Resultados combinados

Tiempo

Tiempo

Señales recibidas

Resultados combinados

Propagación de Radio

• Onda directa

• Onda terrestre

• Onda reflejada

• Reflexiones en la ionosfera

• Refracción en un obstáculo

• Efecto de la curvatura terrestre

Propagación de Radio

Mecanismos para Compensar los Errores

• Corrección de Errores hacia adelante:– Basado en técnicas de detección y corrección de errores en

el receptor.– Se estudiaran posteriormente.

• Ecualización– Usado en contra de interferencia ínter símbolos.– Algunos métodos comprende juntar la energía de símbolos

dispersos en su intervalo original.

Mecanismos para Compensar los Errores

• Diversidad

- Consiste en proporcionar múltiples canales lógicos entre el transmisor y el receptor y enviar la señal sobre cada canal.

– Diversidad Espacial: • Por ejemplo, colocar múltiples antenas para recibir mensajes.• Reconstruir la señal que con mayor probabilidad se

transmitió.

Mecanismos para Compensar los Errores

– Diversidad en Frecuencia:• Dispersar la señal sobre un ancho de banda grande o• Transportarla señal usando múltiples 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 Errores

Diversidad temporal (ejemplo)Diversidad temporal (ejemplo)

Mecanismos para Compensar los Errores

• Macro diversidad:– Uso de varios enlaces entre el móvil y estaciones fijas.– Soft handover.

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación

Gs

Pca

Pna

Pca

Gaa

Gab

Pp

Pcb

Pnb

Pcb

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación

• Gs: ganancia de salida.• Pca: pérdida del cable del extremo transmisor.• Pna: pérdida de los conectores del extremo transmisor.• Gaa: ganancia de la antena del extremo transmisor.• Pp: pérdida en el espacio libre.• Gab: ganancia de la antena del extremo receptor.• Pab: pérdida de los conectores del extremo receptor.• Pcb: pérdida del cable del extremo receptor.• Siendo la señal que llega al receptor:S = Ga – Pna + Gaa – Pp + Gab – Pnb –Pcb.

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Otro Ejemplo

• Potencia de transmisión +25dBm• Pérdida en los cables -1dB• Pérdida en el Diplexer de TX -2 dB• Pérdida en el Cable de TX -2.5 dB• Ganancia de la antena TX +21 dBi• Pérdida en el espacio libre (FSL) -124.5 dB• Ganancia de la antena RX +21 dBi• Pérdida en el Cable RX de -2.5dB• Pérdida en el Diplexer de RX -2 dB• Pérdida en Cable -1 dB

---------------• Nivel de Señal Recibida = -68.5dBm

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Sensibilidad del Receptor

• Dependiendo de las características del equipo receptor, el nivel de señal puede o no ser suficiente.

• Esto es conocido como sensibilidad del receptor.

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Sensibilidad del Receptor

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Sensibilidad del Receptor

Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Sensibilidad del Receptor

• Equipo DLINK• Receiver 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)

Elección de una Antena: En Resumen

• Frecuencia• Tipo de Antena

– Directividad– Ganancia

• Polarización• Ganancia• Conectores• Cables

Ejemplo de un Enlace Inalámbrico

The 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