wireless clase 4 - desvanecimiento y dispersion
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Canales inalámbricos
Modulo 4
Desvanecimiento y dispersión
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DESVANECIMIENTO
Las carácterísticas de transmisión no estandeterminadas solamente por la atenuación
La atenuacion puede fluctuar con la distancia y eltiempo y esto se describe en términos de
desvanecimiento . Cuando una señal es transmitida esta puede ser:
Reflejada
Dispersada
Difractada Refractada
Las pérdidas surgen por la presencia de variosobstáculo en el canal de Tx.
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DESVANECIMIENTO
Las pérdidas de la señal se deben a la presencia deobstáculo en el canal
Las pérdidas fluctúan alrededor del un valor medio.
El aspecto de las pérdidas de transmisión donde la señal
recibida pierde el carácter determinístico natural y llega aser aleatorio en tiempo y espacio, es descrito en términosde desvanecimiento.
Desvanecimiento:
Es el proceso que describe las flucuaciones de la señal recibida a través de su viaje a la antena receptora.
El desvanecimiento puede ser descrito en términos de: Causa primaria: Multitrayectoria o efecto Doppler
Distribución estadística: Rayleigh, Rician, LogNormal
Duración del desvanecimiento: Larga o corta duración, o desvanecimiento lento o rápido.
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
Surge de la existencia de multiple trayectoria ocaminos de la señal entre el Tx y el Rx.
La MU recibe componentes de señales que han sidodispersada, reflejada, difractada, etc. por lasdiferentes estructuras naturales o artificiales creandoun número de trayectorias.
Asumamos que las componentes de las señales
alcanzan el Rx en forma independiente y que el Rx esestacionario.
La señal recibida en el Rx puede ser expresada comola suma de las componentes retrazadas:
N
i
iir t t pat e1
)()(
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
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Concepto de Multitrayectoria
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Diagrama conceptual del rayo multitrayectoriaentre el Tx y el Rx
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
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La función de densidad de potencia de laenvolvente distribuida de Rayleigh y exponencial
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
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(a)Señal RFdesvanecida deRayleigh
(b) PotenciaLas gráficas fuerongeneradas de 11enlaces multiples.La envolvente fueobtenida
demodulando laseñal RF.
DESVANECIMIENTO DE RAYLEIGH
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
La potencia de la señal recibida es aleatoriaaún en ausencia del ruido blanco aditivogaussiano, lo cual es una consecuencia de la
existencia de multiples trayectorias y de laaleatoriedad de las fases.
El desvanecimiento multitrayectoria conducea fluctuaciones en la señal recibida cuando la
unidad móvil se mueve de un lugar a otro.
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
Hasta ahora no se ha tomado en cuenta elhecho que la unidad móvil pueda estarmoviéndose a cierta velocidad.
Para entender estas implicaciones de las
fluctuaciones de la potencia recibida,considere el siguiente escenario: El Rx está diseñado para operar a un nivel
aceptable solo si una cierta potencia mínima es
recibida (Pthr) El Rx se interrumpe para cualquier valor de
potencia por debajo de este nivel de umbral.
En la figura anterior el nivel de ubral es –20dB depotencia relativa
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DESVANECIMIENTO DEMULTITRAYECTORIA
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Ejemplo 2.4
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Ejemplo 2.5
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
Las fluctuaciones de la potencia recibida no es elúnico efecto del desvanecimiento Puede afectar la forma del pulso que se transmite en el
canal
Si consideramos un diagrama de solo 4trayectorias
Las réplicas pulsos llegan en 4 tiempos diferentes
El efecto es un pulso ensanchado Así, el efecto de la multitrayectoria es un pulso
ensanchado conduciendo a una interferenciaentre símbolos (ISI).
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(a) Pulso transmitido. (b) Los multiples pulsosproducidos debido a las trayectorias que llegan adiferentes tiempos y con diferentes potencias,conducen a una envolvente ensanchada del pulso.
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Canal condesvanecimientoselectivo defrecuencia
simulado usandoMATLAB.
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
De la figura anterior: Canal con desvanecimientoselectivo de frecuencia Pulso gaussiano con ancho de 14.14 ms Tx a través de
un canal inalámbrico
10 caminos han sido seleccionados como el escenarioanterior
Los pulsos tienen diferentes retrazos en tiempo ypotencia variable.
En ausencia de multitrayectoras el ancho del pulsopermanece igual al pulso Tx. (a)
Considerando multitrayectorias (10 trayectorias) el pulsose ha ensanchado.(b,c,d)
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
El carácter dispersivo del canal puede ser descritocuantitativamente de la siguiente manera:
Considere la Tx de un pulso muy delgado (función delta)
Los impulsos correspondiente a la multitrayectoria llegan al Rx en
tiempos diferentes y con diferentes potencias. Las señales que llegan al RX pueden ser usados para definir la
respuesta del impulso del canal (ver fig.)
En areas rurales es muy probable que los impulsos lleguen al mismotiempo
Hay pocas estructuras y los trayectos estarán muy pegados el uno conel otro
Esto significa que la diferencia en el tiempo de llegada es muy pequeñapara ser observada o medida
En las áreas urbanas las multitrayectorias serán mas diversas y los
pulsos Rx estarán mas anchados.
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Respuesta de impulsos de dos canales(a) Típica area rural. (b) Area urbana.
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Respuestaal impulso
de un canalinalámbrico
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
El estimado del ancho de banda del canal es unmedio para caracterizar el canal que depende delcomportamiento de la frecuencia y no por una
representación exacta del ancho de banda. Si Bc es mas grande que el ancho de banda mensaje:
Todos los componentes de frecuencia del mensaje llegarán al Rxcon una pequeña o ninguna distorsión.
La ISI será despreciable
El canal es referido como: desvanecimiento plano (flat fading)
Areas rurales son normalmente flat fading ya que el retrazo dedispersión es muy pequeño.
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Respuesta de uncanal bandabase
(función detransferencia)de un canal plano(a) Con el espectrode la señaltransmitida
(b) S (f ).
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
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Respuesta al canalde bandabase
(función detransferencia) de uncanal selectivo enfrecuencia (a ) Con el espectrode la señal transmitida
(b ), S (f ).
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
Un canal plano se vuelve selectivo una vez la informaciónsea Tx a una razón de datos muy alta. El canal de frecuenca selectiva se comporta como si los diferentes
componentes de frecuenca viajan a diferentes velocidades
(fenómeno de dispersión) y llegan al receptor en tiemposdiferentes, induciendo el ensanchamiento del pulso.
Manifestaciones de la propagación multitrayectoria Aleatoriedad de a envolvente de la señal recibida
Selectividad de frecuencia del canal
Ambas pueden existir juntas o sola
La mayoria de los casos existe aleatoriedad y habrá una distibuciónde Rayleigh independientemente de la naturaleza selectiva delcanal.
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Ejemplo 2.6
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL
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La función de transferencia del modelo de dosrayos que describe el canal selectivo en frecuencia.
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL EN TIEMPO
Hasta el momento solo hemos considerado el casode la unidad móvil (MU) estacionaria
Considere el caso de la MU viajando a una
velocidad v . El movimiento de la MU resultará en un efecto de
corrimiento Doppler en la frecuencia de la señalrecibida.
El máximo corrimiento Doppler f d puede ser
0d
v f f
c=
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Una unidad móvil moviéndose a una velocidad v .
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL EN TIEMPO
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SEÑAL DESVANECIDA POR DOPPLER
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL EN TIEMPO
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Espectro de la señal con corrimiento Doppler
La mayoríade la energíaestaconcentrada
alrededor delmáximocorrimientoDoppler fd La potenciadel espectro
depende delpatrón deradiación yde lapolarizaciónde la antena
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL EN TIEMPO
Considere una Tx de un pulso de RF corto mientras elvehículo esta en movimiento Se introduce cambio en el canal a una razón de f d Hz.
Si la duración del pulso es corto/pequeño
Cambios introducidos en el canal son muy lentos y sin impactos en la Tx En otras palabras, Si el ancho de banda de la señal medida en términos
de la inversa de la duración del pulso es mas grande que el máximocorrimiento Doppler
El canal variará lentamente y habrá desvanecimiento lento del canal
Si la duración del pulso es grande Cambios introducidos en el canal son rápidos y si afectará la Tx.
En otras palabras, Para Tx a una velocidad de datos baja, un vehículo enmovimiento introducirá desvanecimiento rápido si el ancho de banda dela señal no es mas grande que el máximo corrimiento Doppler.
CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DEL
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CARACTERISTICAS DISPERSIVAS DELCANAL EN TIEMPO
Las condiciones para desvanecimiento rápido vs lentopueden ser expresado en términos de tiempo coherente Tc del canal, medido en términos de la inversa del máximocorrimiento Doppler:
Si la duración del pulso es mas pequeño que Tc, esimprobable que los pulsos tengan distorsión(desvanecimiento lento)
Si la duración del pulso es mas grande que el Tc,
los pulsostendrán un desvanecimiento rápido y serán distorsionados.
Desvanecimiento rápido es una propiedad del canaldispersiva en frecuencia, como consecuencia delmovimiento de la unidad móvil.
9
16c
d
T f p
»
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Considere una antena de trasmisión de 900MHz. El receptor a la MU,viaja a una velocidad de 30km/h y se recibe a una taza de 200kbps.Examinar si la desviación del canal es lento o rápido.
El efecto doppler esta dado por:
El tiempo de coherencia es:
Por lo tanto el canal de desviación es lento
Ejemplo 2.7
Hz x x x x x fd 251033600100030109
8
8
310200
17162400
9
xsTc
Cruce del nivel de umbral y duración
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Cruce del nivel de umbral y duraciónpromedio del desvanecimiento
Consecuencia importante del desvanecimiento por Doppler Señal experimenta desvanecimiento profundos ocasionalmente
mientras el vehículo está en movimiento.
El análisis del desvanecimiento en términos de Rayleigh
estadístico no permite un claro entendimiento de que tanprofundo son los desvanecimiento ni que tanto duran.
Rayleigh provee información en el porcentaje del tiempo enque la señal va por debajo de cierto nivel.
Es necesario información sobre la velocidad de Tx a la cualocurren los desvanecimiento profundos y sus duraciones. Se puede escoger las velocidades de datos apropiadas, al igual que
las longitudes de los códigos y esquema de codificación para mitigarlos efectos de los desvanecimientos profundos
Cruce del umbral y duración promedio del
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Cruce del umbral y duración promedio deldesvanecimiento
Desvanecimientos profundos pueden ser expresadocualitativamente usando:
El parámetro de razón de cruce de umbral, N A ,
y la duración promedio del desvanecimiento
Considere la envolvente de la señal Rx desde un móvil en
movimiento La envolvente de la señal fluctúa en el tiempo
La razón de cruce de umbral está definido como la velocidad esperadaa la cual la envolvente cruza un nivel A de señal especificado en ladirección positiva (ver figura) y es dado por:
Donde es la derivada de a(t) y p(A, ) es la función de densidad de
la probabilidad conjunta del nivel A y la razón del cambio de a(t)
.
a.
a
0
),( daa Aap N A
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El concepto de nivel de umbral (cruce)
Cruce del nivel de umbral y duración
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Cruce del nivel de umbral y duraciónpromedio del desvanecimiento
Basado en los resultados de Rice, la expresión para la razónde cruce de umbral será:
Donde es A/Arms
La razón de cruce de umbral depende del máximocorrimiento Doppler f d, es decir de la velocidad del móvil.
Habrán menos cruce a bajos y altos niveles de la señal.
Habrán mas cruces cuando la unidad móvil tiene masvelocidad
a
2
2
e f N
d A
Cruce del nivel de umbral y duración
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Cruce del nivel de umbral y duraciónpromedio del desvanecimiento
)(1
Aa prob N
A
AV
2
1)( e Aa prop
Cruce del nivel de umbral y duración
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Cruce del nivel de umbral y duraciónpromedio del desvanecimiento
Usando ambas ecuaciones anteriores tenemosque:
Ambos parámetros son usados para establecer latasa de bits en error.
La presencia de desvanecimientos profundos aligual que el número de estos desvanecimientoscambian la S/N instantánea y por ende el BER.
d av f
e
2
12
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Considerando el ejemplo 2.7, calcule el promedio deduración del desvanecimiento si
Efecto doppler = 25Hz
Ejemplo 2.8
1.0
s f
e
d
av
16002
2
Dispersión en frecuencia VS Dispersión en
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Dispersión en frecuencia VS Dispersión entiempo
El desvanecimiento puede ocurrir en el dominio de lafrecuencia o en el dominio del tiempo
El desvanecimiento está constituido por efectosindependientes
El canal exhibe: Comportamiento dispersivo en tiempo cuando el fenómeno de
multitrayectoria está presente
Y al mismo tiempo, e independiente del efecto anterior, el canalexhibe un comportamiento dispersivo en frecuencia si la unidad
móvil esta en movimiento Aunque ambos son efectos independientes
Existe una relación entre estos dos atributos dispersivos del canal Principio incierto que relaciona la dependencia de tiempo y frecuencia
Regiones de influencia de las diferentes formas de
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Regiones de influencia de las diferentes formas dedesvanecimiento
Dispersión en frecuencia VS Dispersión en
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Dispersión en frecuencia VS Dispersión entiempo
A razón de datos muy bajas La duración del pulso es grande y el canal es
primariamente lento y plano
A razón de datos muy alta y el móvil moviéndosesuavemente: El canal será lento pero selectivo en frecuencia
A razón de datos muy alta y el móvil moviéndose a
alta velocidad: El canal será rápido y selectivo en frecuencia
Los canales que caen en esta categoría sufren de dispersión entiempo y en frecuencia y requieren medidas correctivasadicionales para evitar la distorsión.
O OS O OS S C O
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE RICIAN
El desvanecimiento de Rayleigh no es la únicaconsecuencia del fenómeno de multitrayectoria
Adicionalmente existe enlace directos (Línea de
vista - LOS) Adicionan un componente determinístico de la señal
multitrayectoria (ver figura siguiente)
El componente determinístico hace que la variable
aleatoria gaussiana sea una de las mediasdiferente de cero, y por lo tanto la envolvente esuna distribución de RICIAN.
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Comparisión de lascondiciones que
existen para:
(a ) Desvanecimientode Rayleigh
(b ) desvanecimiento
de Rician
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE RICIAN
La envolvente es una distribución de RICIAN, cuyoPDF es:
Io = Función de Bessel modificada
Ao = Componente LOS de la señal
Normalmente en la literatura se refiere a ladistribución de los componentes: aleatoria como difusa
Señal LOS como estable
2
002
2
0
2
2)(
2
exp
aA I
Aa
a
a f
a A
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE RICIAN
El desvanecimiento de Rayleigh es el resultado delos componentes difusos.
El desvanecimieto de Rician es el resultado de la
presencia de componentes estables en adición alos componentes difusos.
La función de densidad de probabilidad de Rician(K) es frecuentemente caracterizada por: la razón de la potencia de los componentes directos
(estables) a la potencia de los componentes difusos
2
2
010
2
log10)(
AdBK
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE RICIAN
Para K = - infinito, no tenemos enlace directo y ladistribución de Rician llega a ser de Rayleigh
Para mas altos valores de K, la distribución de
Rician llega a ser casi Gaussiana. La transición de Rayleigh a Gaussiana puede ser
vista en la siguiente figura, así como el valor de K continua aumentando.
Los componentes de LOS de la distribución deRician proveen una señal estable y sirven parareducir los efectos del desvanecimiento
ó
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Distribución de Rician para diferentes valores de K(dB)
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En un canal inalámbrico hay una ruta de acceso directo y seis rutasdifusas. La ruta de acceso directo tiene una potencia del 200% encomparación con la potencia promedio de cada uno de los caminosdifusos. Encontrar el factor de K.
Note que la ecuación (2.60) el denominador es la suma de lacontribución de las potencias promedio de las rutas difusas
Entonces:
Ejemplo 2.9
dBóK 7.46
2log10 ,
6
2
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
Los desvanecimiento descritos hasta ahra caen ebla categoría de desvanecimiento corto (shortterm).
Sin embargo la señal Rx también puede tenerdesvanecimiento largo (long term)
Consideremos una geometría como en la siguientefigura
La señal que alcanza al Rx no es el resultado de una soladispersión, es el resultado de múltiple dispersiones.
La señal es comúnmente reflejada o dispersadamúltiplemente antes de llegar al Rx
GEOMETRIA DEL DESVANECIMIENTO
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LOG NORMAL O SHADOWING.Note la existencia de múltiple reflexiones
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
LA señal recibida r(t) por la MU o la BS puede serexpresada como:
Donde la energía de los componentesmultitrayectorias son expresados como:
bmn = energía dispersada de los múltiples componentes reflejados
N
innt
t jar 1
)()exp(
M
m
mnn ba1
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
Considerando el hecho de que la región en donde ladispersión toma lugar, tienen un número de dispersionesindividuales, el bmn puede ser fácilmente modelado comouna variable aleatoria con distribución de Rayleigh.
El impacto de múltiple dispersiones es la introducción demas fluctuaciones en la potencia recibida, la cual semanifestará en el valor medio de la potencia recibida(llegando a ser aleatoria)
El valor medio de la potencia recibida será proporcional a lavarianza de la envolvente de la distribución de Rayleigh.
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
Sin embargo, la varianza de la envolvente deRayleigh dependerá de (bmn)2.
El promedio de la potencia de la señal, PLT, puede
ser expresado como:
Donde: pm = b2mn
Aplicando el teorema del Límite Central para elproducto de variables aleatorias, la función dedensidad f(pdB) de PdB(Log de PLT) es dado por:
1m
m LT pP
1
10 )(log10n
n LT dBPPP
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
Y será Gaussiana y dada por:
Los parámetros que aparecen en la ecuación son: Pav = Potencia promedio (dBm)
= Desviación estándar (dB)
La PDF de la señal PLT bajo desvanecimiento LOG NORMALpuede ser expresado como:
Donde po es la potencia promedio en miliwats
dBs
dB
avdb
dB
dB
PP f
2
2
2 2
)(exp
2
1
0
2
222ln
2
1exp
2
1)(
P
P
PP f LT
LT
LT
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
Esta ecuación es la pdf Log Normal, y lasdispersiones múltiples conducen a una distribuciónLog Normal para la potencia recibida.
Y la desviación estándar es:
LA siguiente figura muestra la pdf Log Normal Desvanecimiento Log Normal también es referido
como SHADOWING
10
)10(dBIn
LA FUNCION DE DENSIDAD DE PROBABILIDAD
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LA FUNCION DE DENSIDAD DE PROBABILIDADLOGNORMAL
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Si la potencia recibida de una MU es lognormal con estándares dedesviación de 8 dB, la probabilidad de interrupción. Asuma que lapotencia promedio recibida de -95dBm y la potencia del umbral de -95dBm
Ejemplo 2.10
3538.028
95985.05.0
82
)95(exp
82
198
2
2
xerf dx
x
x
xP
out
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
Las fluctuaciones de la potencia recibida deldesvanecimiento LogNormal crea problemasadicionales para los diseñadores de enlaces
inalámbricos. La expresión para la potencia recibida en cualquier
área puede ser expresada por:
Donde Yg es una variable aleatoria con media ceroy con desviación estándar de
Yg
d
d vd p p
ref
ref r d r
1010)( log10)(log10
dB
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODESVANECIMIENTO DE LOG NORMAL
En otras palabras: La potencia recibida en dBm será gaussiana con el valor
medio de la potencia recibida siendo el promedio ysiendo la desviación estándar.
Una curva típica para el caso de v = 3 y desviaciónestandard de desvanecimiento LogNormal de 6 dBes mostrado e la siguiente figura.
Es posible ver que en cualquier lugar la potenciarecibida puede ser menor que el valor medio de lapotencia estimado de modelos como el Hata ocualquier otro.
dBs
C t i d d L l (l t )
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Comportamiend de Lognormal (long-term) versusatenuación pura
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODISTRIBUCION NAKAGAMI
Los modelos de desvanecimiento de Rayleigh y Ricianasumen que las amplitudes de las componentes dispersasen los diferentes caminos son iguales.
El modelo de NAKAGAMI es muy general y permite la
posibilidad de energía diferente para cada componentedispersado.
Esto trabajo solo bajo condiciones donde exista laposibilidad de correlación parcial entre lo elementos
dispersados. La función de densidad de la envolvente puede ser
expresada como:
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODISTRIBUCION NAKAGAMI
Donde: es la función gamma
Y
Hay una restricción importante en elparámetro de NAKAGAMI, que m >= 1/2
)('
exp)'(
2)(
212
aU ma
mr
ama f
m
mm
A
)(mr
2' A
222
22
'
A
Am
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODISTRIBUCION NAKAGAMI
Para un valor de m = ½, la distribución NAKAGAMIllega a ser una distribución de un solo lado de laGaussiana.
La distribución NAKAGAMI llega a ser: RAYLEIGH para m = 1.
Rician para valores de m > 1
La función de densidad de probabilidad deNAKAGAMI es lo suficiente general para abarcarambas distribuciones - Rician y Rayleigh
LA FUNCION DENSIDAD DE PROBABILIDAD DE NAKAGAMI
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LA FUNCION DENSIDAD DE PROBABILIDAD DE NAKAGAMIPara un número de valores diferentes de m
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODISTRIBUCION SUZUKI
Los desvanecimiento de Rayleigh y LogNormal hansido considerados dos efectos separados. Rayleigh – short term
LogNormal – Long term
Ambos pueden ocurrir concurrentemente
El valor medio de la potencia recibida bajocondiciones de desvanecimiento de Rayleightípicamente tiene una distribución LOGNORMAL.
En otras palabras la distribución de Rayleighesencialmente no es una distribución marginal peosi una condicional:
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODISTRIBUCION SUZUKI
Donde tiene la función de distribución de probabilidadLogNormal
La función de densidad de la envolventepuede ser obtenida como:
Resultando en la distribución de Suzuki parala envolvente de la señal recibida,
)(2
exp)|(2
2
2aU
a
a
aa f
d f a f a f A
)()|()(0
OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTO
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OTROS MODELOS DE DESVANECIMIENTODISTRIBUCION SUZUKI
Dada por:
Aún y cuando la distribución de Suzukies un modelo mas completo, el hechoque el pdf no es disponible en forma
analítica esto es un poco difícil parapoder trabajar
d
aaa f
A
2
2
2
2
0 2
)(lnexp
2
1
2exp
2)(
SUMARIO DE DESVANECIMIENTO
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SUMARIO DE DESVANECIMIENTO
Los diferentes mecanismos de desvanecimiento yla atenuación se sumarizan en la siguiente figura.
El desvanecimiento de:
Rician y Rayleigh surgen del efecto multitrayectoria Nakagami puede representar a ambos
Análisis en Rayleigh y Rician son suficientes paraentender la naturaleza de los canales móviles
Recientes publicaciones han sugeridos el uso delmodelo de desvanecimiento de NAKAGAMI paraproveer una vista generalizada.
Sumario de atenuación y desvanecimiento Todas las formas de desvanecimiento son mostradas con sus origenes y
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odas as o as de des a ec e to so ost adas co sus o ge es yrelaciones
La función de densidad x2 y el nivel de significado
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La función de densidad x 2 y el nivel de significado
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Figure E2.6
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Figure P2-16
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Figure P2-17
RESUMEN
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RESUMEN
Desvanecimiento puede ser descrito en diferentestérminos: Corto y largo plazo - Short and long term
Suave y rápido – Slow and fast
Plano y selectivo en frecuencia – Flat and frequency selective
Rayleigh, Rician, LogNormal, Nakagami, Suzuki La atenuación es un resultado de la reflexión,
dispersión, difracción, y refracción de la señal porestructuras naturales o artificiales
La potencia recibida, Pr, es inversamente proporcionala la distancia (d ) elevada al parámetro de pérdida (v )
El parámetro de pérdida es igual a 2 para el espaciolibre, y esta en el rango de 2 a 4 para diferentesambientes, siendo mayor para áreas urbanas, y más
bajo para áreas rurales.
RESUMEN
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RESUMEN
Las pérdidas en áreas abiertas (outdoor) pueden sermodeladas usando los modelos de: Okumura
Hata
Lee, entre otros.
Los modelos de propagación en áreas cerradas (indooor)están basadas en las características del interior de losedificios, los materiales, y otros factores, y son descritosen términos de varios modelos de zonas.
Las fluctuaciones aleatorias en la potencia recibida sondebido al desvanecimiento.
El efecto Doppler y de multitrayectoria contribuyen aldesvanecimiento a corto plazo y las reflexiones múltiplesconducen a un desvanecimiento a largo plazo.
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RESUMEN
Desvanecimiento a corto plazo puede ser descrito usandoestadísticas de: RAYLEIGH si no existe enlace (trayecto) directo entre el Tx y el Rx.
RICIAN si hay enlace (trayecto) directo
Rayleigh y Rician pueden ser encontrado en una soladistribución - NAKAGAMI
Desvanecimiento a corto plazo debido a multitrayectos nosolo causa fluctuaciones aleatorias en la potencia Rx, sino
también distorsiona los pulsos que acarrean la información. El Canal debido al desvanecimiento de multitrayectoria
puede ser modelado tratando al Canal como un filtro pasabajos.
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RESUMEN
Si el BW del Canal (Bc) es mas grande que el BW delmensaje (Bs), la señal es caracterizada por undesvanecimiento plano (Flat fading) y no unadistorsión del pulso.
Si el BW del Canal (Bc) es menor que el BW delmensaje (Bs), el resultado es un Canal condesvanecimiento selectivo en frecuencia,
El comportamiento plano o selectivo puede sercuantitativamente descrito en términos de la demora
rms, tomando la potencia de cada trayecto y lacorrespondiente demora en tiempo
El BW del Canal o el BW coherente del Canal – Bc es inversamente proporcional a la demora
rms.
RESUMEN
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RESUMEN
Si hay un movimiento entre el Rx y el Tx (ejm. Launidad móvil se está moviendo), el resultado esdesvanecimiento Doppler.
Si el máximo corrimiento Doppler es menor que la
velocidad de datos, hay un Canal condesvanecimiento lento (slow)
Si el corrimiento Doppler es mas grande que lavelocidad de datos, hay un Canal con
Desvanecimiento rápido (fast). En general el peor rendimiento ocurre en canales
con desvanecimiento que sean rápido y selectivo enfrecuencia.
RESUMEN
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RESUMEN
En adición al desvanecimiento rápido y selectivo enfrecuencia, un Canal puede también experimentarproblemas debido la modulación de frecuenciaaleatoria. Esto proviene del término Cos(O i ) de la ecuación de la señal
recibida, en FM. En virtud de que el factor O i es aleatorio y fluctúa con el
tiempo, entonces ocurren modulación de frecuencia aleatoria,la cual conduce a incrementar el BER (Bit Error Rate)
Los desvanecimiento de corto y largo plazo conducen a
que el sistema no funcione. El sistema deja defuncionar cuando la S/N o la potencia recibida cae masallá del nivel de umbral establecida para un rendimientoóptimo
RESUMEN
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RESUMEN
El desvanecimiento a largo plazo es modelado usandouna distribución LogNormal. Si la potencia Rx esexpresada en dBm, las fluctuaciones estadísticas alargo plazo son distribuciones Gaussianas.
Para prevenir que los sistemas dejen de funcionar, seincluye un margen en el presupuesto del enlace. Estoes la diferencia entre el umbral ideal necesitado paramantener un rendimiento adecuado y el nivel de umbral
práctico que es establecido arriba del nivel ideal porunos cuantos dB. Esta diferencia de potencia constituyeel Margen de Potencia.
RESUMEN
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RESUMEN
El modelo de Suzuki incorpora eldesvanecimiento a corto plazo (Rayleigh) y elde largo plazo (LogNormal) en una soladistribución. Esto está basado en la propiedad
que la potencia promedio en desvanecimientode Rayleigh es aleatorio y puede ser descritousando distribución Log Normal.
Las estadísticas de desvanecimiento pueden serverificadas usando las pruebas de Chi-Squared.