¿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