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Caracterización del canal Móvil

Banda estrechaIng. Jhon Jairo Padilla Aguilar, PhD.

Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar

Evolución Histórica y Tipos de

Modelos


-Modelos Clásicos

-1ª G. Métodos informatizados

-2ª G. Métodos informatizados

-Métodos Físicos y empíricos

Modelos Clásicos

Utilizados hasta los años 60s

Aplicables a:

◦ Propagación en áreas rurales

◦ Grandes zonas de cobertura sin reutilización de frecuencias

Ejemplos:

◦ Abacos de Bullington

◦ Primeras curvas de propagación propuestas por CCIR

◦ Ambos son aplicables a Sistemas de radiodifusión y Sistemas

móviles.

Sólo habían modelos urbanos basados en medidas realizadas en E.U y

Japón (Modelo de Okumura)


1ª Generación de Métodos

Informatizados (I) Se inició su uso en los años 70s

Para medios Rurales:

◦ Se obtienen datos de los perfiles del terreno a lo largo de radiales desde la estación base (mapas)

◦ Estos datos se introducen en los programas informáticos que modelan la propagación

◦ Se caracteriza el terreno mediante un parámetro de ondulación

◦ Se utilizan las alturas efectivas de las antenas como datos para programas basados en métodos empíricos (modelo de Egli y Longley, Método Rice)



Informatizados (II) Para medios urbanos:

◦ El modelo más usado es el de Hata

◦ Modelo de Hata: Basado en Curvas de propagación de Okumura

Aplicable a una amplia gama de frecuencias y alturas de estaciones Base y estaciones móviles.

Es sencillo de aplicar y tiene buena exactitud.

◦ Otros modelos que mejoran el de Hata: Allsebrook y Parsons

Ibrahim y Parsons

Ikegami

Walfisch-Bertoni


1ª. Generación métodos informatizados


Okumura Hata Walfisch- Bertoni


informatizados Zonas Rurales:

◦ Usan Bases de Datos del Terreno (BDT o GIS)

◦ Proporcionan resultados de cobertura que se

imprimen sobre los propios mapas

Zonas urbanas:

◦ Se emplean procedimientos semi-empíricos

◦ Usan BDT de ciudades

◦ Ejemplo COST 231



Estación UNIX

DCCell

ARC/INFO GISGRID COGO NETWORK (opt)TIN

(other aplications)

...

ARCVIEW

CELLVIEW

SPATIALNETW.

Desktop Terminal

ARCVIEW

CELLVIEW

SPATIALNETW.

Desktop Terminal

GEO

RF

local

CellView Structure

Métodos Físicos y Empíricos

Usados en entornos microcelulares y de interiores

Los más destacados son los basados en la Teoría Geométrica de la Difracción (GTD)

En GTD se requiere:

◦ Requieren gran volumen de información obtenida de las BDT detalladas de ciudades y planos de edificios

◦ Deben ser bastante precisos (si no lo son, los errores son del orden de una zona de cobertura)


Clasificación de las celdas

Tipo de celda Rango del radio Cobertura

Macrocelda 1.5Km-20Km Rural (carreteras, poblaciones cercanas)

Miniceldas 0.7Km-1.5Km Urbana (medios urbanos importantes)

Microceldas 0.3Km-0.7km Urbana (zonas de ciudades con elevada densidad de tráfico y penetración en interiores de edificios)

Picoceldas 0,03Km-0.2Km

(30m-200m)

Urbana (Interiores: Aeropuertos,centroscomerciales,etc)


Modelos de propagación

Tipo de Modelo Modelo Observaciones

Clásicos

(Macroceldas)

Abacos de Bullington Curvas

Primeras curvas del CCIR Curvas

Okumura Modelo con ondulación, obstáculos aislados y correcciones m.urb.

Primera Generación metodos Informatizados (Macroceldas, Miniceldas)

Egli Usan datos de 12 perfiles radiales del terreno, usan programas informáticos. Usan alturas efectivas de antenas.

Longley

Rice

Hata Medio Urbano, basado en curvas de Okumura, varias frecuencias y alturas de BS y móviles

Allsebrook y Parsons Basados en Hata y lo mejoran

Ibrahim y Parsons

Ikegami

Walfish- Bertoni

Segunda Generación Métodos Informatizados (Macroceldas)

Cost 231 Zona Urbana

Modelos para Microceldas (GTD) Lund Modelos LOS

UIT-R 8/1

Berg Modelos NLOS

Cost Walfish Ikegami

Modelos Pico-celdas (GTD) Cost 231 Ambientes interiores, pocos trayectos LOS, muchos trayectos NLOS

UIT-R 8/1


Modelo de Propagación de

Tierra Plana


Características

Es aplicable a distancias

cortas (k<20Km)

Se desprecia la curvatura

de la tierra


T

ht

RD

R

hr

RR

Pd

y y

Características

Aproximadamente y=tg-1[(ht+hr)/d]

Pérdida básica de propagación (dB):Lb(dB)=120 - 20 log h`t(m)-20log h`r(m) - 40 log d(km)

Donde h´t= (ht2 + ho

2)1\2

h´r= (hr2 + ho

2)1\2

y h0 es aproximadamente 0 para valores

mayores a 150 Mhz.


Características

Empíricamente, se ha encontrado que, en un terreno poco ondulado y en ciudades:

◦ Lb=kdn

Donde n depende de la altura de la antena de transmisión y varía en general entre 3 y 4

K es función de la altura de ambas antenas y de la frecuencia

Además, la variación de la pérdida básica con la altura de la antena de recepción tiende a ser lineal para alturas menores de 3m (que es el caso de las comunicaciones móviles). Por tanto, la ecuación del modelo de tierra plana no es aplicable en un escenario real.


Características (II)

Pero es una ecuación sencilla y se le pueden

introducir factores de corrección para ajustarla a

valores experimentales. Por esto se han desarrollado

modelos empíricos para calcular Lb y E con base en el

modelo de tierra plana.

Un ejemplo es el modelo de Egli:

Pr=PTGTGR(h1h2/d2)2(40/fMhz)

2


Influencia del terreno en la

propagación Los accidentes del

terreno pueden interceptar el rayo de la onda produciendo una atenuación importante.

La zona de visión directa de una antena es una buena primera aproximación de la cobertura radioeléctrica desde la antena.

Para receptores móviles

deben levantarse perfiles

de trayecto para líneas

radiales emanantes del

transmisor separadas a

grados entre sí.


Influencia del terreno en la

propagación (II)

En comunicaciones móviles los rayos viajan por la tropósfera (capa baja de la atmósfera) y sufren refracción por lo que la trayectoria del rayo es curvilínea.

Por comodidad de dibujo, se modifica la curvatura de la tierra usando un radio ficticio de la tierra: R=kR0

Donde k= 157/(157+DN) y DN es el gradiente de coíndice de

refracción.

La influencia de k es mayor cuanto más grande el trayecto, en comunicaciones móviles los trayectos son cortos y k=1 o k=4/3.


Zonas de Sombra y visibilidad

En fases iniciales de la planeación, se hace un análisis previo de la visibilidad de la zona deseada desde la estación base. Si los puntos de interés quedan en un alto porcentaje en zona de sombra óptica, se rechaza la ubicación del estudio.


T

Modelos de propagación con

difracción en obstáculos Se idealiza la forma de éstos como:

◦ Arista aguda

◦ Arista gruesa y redondeada

La predicción de pérdidas se efectúa por

separado según se trate de:

◦ Obstáculos aislados

◦ Obstáculos múltiples


Pérdidas en Obstáculos aislados

Se aplica a trayectos que, salvo esta obstrucción, son de visibilidad directa.

Si h es el despejamiento:

◦ Hay pérdidas por difracción aunque el rayo pase por encima del obstáculo si -0.6R1 < h < 0

o si h > 0

Para el cálculo de las pérdidas se sigue la recomendación UIT-R 526. Esta norma distingue dos casos: obstáculo agudo y redondeado.


a) Obstáculo agudo


h

) q>0

T R

T Rh

d1

d2

) q<0

h: despejamiento

q: Angulo de despejamiento

d1,d2: Distancias desde la punta del obstáculo

a los extremos del enlace.

El cálculo de la atenuación de difracción usa

las integrales de Fresnel.

Aproximación práctica UIT-R 526:

Ld(v)=6.9+20log([(v-0.1)2+1]1/2+v-0.1)

Siendo v=21/2h/R1 donde R1 es el radio de la

primera zona de fresnel

O también v=2.58x10-3h(f*d/d1d2)1/2

b) Obstáculo redondeado


T R

h

0 dht xi xp xk dhr d

Z(0) Z(d)zht zhr

)q) a b(

Atenuación total Lt:

Lt=Ld(v)+T(m,n)

Donde:Ld(v)=6.9+20log([(v-0.1)2+1]1/2+v-0.1)

Y T(m,n) es un parámetro que depende de

La altura de las antenas, la altura de los

Obstáculos y la frecuencia de transmisión.

Pérdidas por múltiples obstáculos


T

R

Z1 Z2

01O2

z0 z3

0 x1 x2 d

El cálculo riguroso es

Complejo (doble integral

De Fresnel).

En la práctica se usan

Métodos pseudo-empíricos

Simples que dan una

Aproximación suficiente

Para las aplicaciones.

Pérdidas por múltiples obstáculos

Método Situación Cálculo de las pérdidas

EMP El rayo no corta ningún obstáculo pero hay despejamiento insuficiente en ambos

La atenuación por difracción es la suma de las pérdidas por cada obstáculo por separado.

Wilkerson El rayo corta el segundo obstáculo y hay despejamiento insuficiente en el primero.

La atenuación por difracción es igual a la pérdida producida por el O2 en el tramo completo TR más la pérdida debida al O1 en el tramo TO2

Epstein-Peterson

El rayo corta los dos obstáculos

Se hace el cálculo de pérdida en tramo TO2 y luego la pérdida de O1 a R. Se suman y se agrega un factor de corrección


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