Cap 2.2 Modelos de Propagacion
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Modelos de propagación
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Índice Introducción Clasificación
Modelos digitales del terreno
Modelos de propagación outdoor
Macrocelulares
Microcelulares
Modelos de propagación indoor
Empíricos
Semideterministas
Propagación en túneles
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El crecimiento de los sistemas de comunicaciones móviles, la intro-
ducción de nuevas tecnologías y la extensión del ámbito de aplicación
(rural, urbano e interiores) han producido una evolución paralela
de los métodos empleados para describir y caracterizar la propagación.
Debe considerarse tres aspectos fundamentales:
1. Cobertura zonal
2. Multiplicidad de trayectos
3. Variabilidad de los trayectos
Introducción
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1. Caracterización del canal móvil en banda estrecha
Cálculo de L y C/I
2. Caracterización del canal móvil en banda ancha
Tiempos de retardo
Ancho de banda de coherencia
3. Desarrollo de modelos de
simulación
Software y hardware (prototipos)
4. Realización de campañas de
medidas Detección de
coberturas dudosas Detección de
interferencias Mejora de los
modelos
BER
Fases en la Planificación
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Características básicas
Variabilidad del entorno
PT determinista
PR carácter aleatorio
Variación del nivel medio de PR
K=f(tipo del terreno, frecuencia, ht y hrγ=f(medio de propagación) [2,4]
d=distancia TX-RX
l P P kd RT
L L0 10 logd
Propagación móvil
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Cásicos (hasta los años 60):Ábacos de Bullington
Curvas del CCIR
Okumura (rural y urbano)
1ª Generación (métodos informáticos):
Obtención de perfiles
(Egli y Longley-Rice en rural y Hata en urbano)
Entorno local
(Ibrahim-Parsons, Ikegami y Walfisch-Bertoni)
2ª Generación (uso de MDTs)
Rurales y urbanos (COST 231 (W-I))
3ª Generación (basados en UTD)
Macrocelulares y microcelulares (Saunders-Bornard)
Evolución de los modelos
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En una primera clasificación
Empíricos
Semi-empíricos
Deterministas
Semi-deterministas
En una segunda clasificación
Modelos bidimensionales
Modelos tridimensionales
Tipos de modelos de propagación
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Semi-deterministicos
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URBANA
CALIDAD DEL MODELO DIGITAL DEL TERRENO
COMPLEJIDAD DEL MODELO DEL CANAL MÓVIL
Evolución de los modelos de propagación
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Macrocelulares
Modelos
Microcelulares
LOS
NLOSNLOS
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Global
SatelliteSuburban
Urban
In- Building
Pico-Cell
Micro-Cell
Macro-Cell
Home-Cell
Modelos
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Información geográfica
Modelo Digital del Terreno (MDT)
Planimetría (Imag. 2D) Altimetría (Imag. 3D)
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Planificación
Cartografía Digital
Bases de Datos
Modelos de Propagación
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TRAZADO DE PERFILES
PROPAGACIÓN
editarcortarpegarsalir
SIG
editarcortarpegarsalir
Planificación
FICHEROS ASCII
1.- Matriz de alturas
2.- Posición antena, altura antena,
potencia trasnmitida, etc
LENGUAJE
ALTO NIVEL
FICHERO ASCII
1.- Matriz de Campo
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Macrocelulares
Modelo de Okumura-Hata
Modelo de Walfisch-Bertoni
Modelo de Walfisch-Ikegami
Modelo de Valencia (3D)
Modelos para entornos urbanos
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Tablas de Okumura
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Modelo empírico a partir de medidas experimentales
Curvas estándar de propagación, expresiones numéricas por medio de Hata
A 13.82 loghb ahm
B 44.9 6.55loghb
donde
69.55 26.16 logf c ahm hm1.1logf c 0.7 1.56logf c 0.8
L(dB), pérdidas en dB
R, distancia en Km. entre la Estación Base y el móvil
hb y hm, altura de la Estación Base y del móvil en m.
fc, frecuencia de trabajo en MHz
LdBABlogR
Modelo de Okumura-Hata
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Expresión para A es aplicable si se cumple:Frecuencia, en el rango 150<f<1500 MHz
Altura efectiva de la antena transmisora, 30<hb<200 m.
Altura sobre el suelo de la antena receptora, 1<hm<10 m.
Distancia móvil-Base, 1<R<20Km.
Para ciudades grandes y en función de la frecuencia
ahm 8.29log1.54 hm 1.12
f 200 MHz
Para zonas suburbanas: edificios de baja altura y calles anchas
Para entornos rurales
L(dB) = A+BlogR+C
ah 3.2log11.75h 1.1 f 400MHz2
m m
( )
Modelo de Okumura-Hata
2C = −2 log − 5.428f
C 4.78log2 f 18.33log f 40.94
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Antena isotrópica
TX
Cobertura Okumura-Hata
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Antena real
Cobertura Okumura-Hata
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Cobertura Okumura-Hata
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Ventajas:
Fácil de programar
Bajo tiempo computacional
Desventajas:
Coberturas circulares
No tiene en cuenta la ondulación del terreno ni el grado de
urbanización
Desviaciones típicas del error 10-14 dB.
Cobertura Okumura-Hata
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Suposiciones:Nucleo formado por edificios de gran altura,
rodeado por edificios de alturas relativamente uniformes
Edificios dispuestos en filas casi paraleras
En cada fila los edificios están separados un ancho menor al de los
propios edificios
Altura de la antena transmisora por encima de los edificios
1
2
4
h
3
H
R dh m
Modelo de Walfisch-Bertoni
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Las pérdidas medias de propagación incluyen tres factores
Pérdidas entre antenas en espacio libre
(L0 en dB,fc en MHz y Rk en Km)
Pérdidas por propagación sobre edificios
Q 0.1
d 0.90.03
Pérdidas por difracción final
R
2R
H R
e
2h h tan1
d
m
Modela el efecto multicamino por un coeficiente 2
Lo 32.4 20log f c 20log Rk
Modelo de Walfisch-Bertoni
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Combinando las expresiones anteriores se tiene:
Lp Lex Lo
L A 57.1 log f 18log R 18log H 18log1-Rk
17H ex c k
2
h h 9 logd 20logtan2h hm
A 5log
d
dm 2
1
22
Modelo de Walfisch-Bertoni
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TX
Cobertura W-B
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Antena real
TX
Cobertura W-B
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Características
Modelo aplicable a entornos urbanos sin visibilidad directa
entre transmisor y el receptor
Los edificios presentan una organización en filas con
alturas uniformes
Margen de frecuencias, 300MHz a 3 GHz.
Altura de la antena transmisora por encima de los edificios
Distancias transmisor-móvil entre 200 m. y 5 Km.
Modelo de Walfisch-Bertoni
Modelos de propagación
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Variante del modelo de Walfisch-Bertoni que incluye:Correcciones empíricas
Orientación de las calles
Transmisor por debajo de los edificios
Tipo de ciudad
Márgenes de distancia al transmisor
Geometría del modelo en alzado y en plantaTRX
hR
hm
RCV
hB
hB
hR
d
wb
Onda incidente
EDIFICIO EDIFICIO
EDIFICIOS
Modelo de Walfisch-Ikegami
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Perdidas por difracción final
= −16.9 − 10 logω+ 10 log fc + 20 log ∆ hRLFBD
No se incluye el término de compensación por la curvatura de la Tierra
efecto de la orientación de las calles
LORI 2.5 0.075 35
4 0.1114 55
10 0.3571 0 35
35 55
55 90
(fc en MHz e hR en m.)
Perdidas debidas a la difracción "terraza-calle"
LRTS LFBD LORI ( Si LRTS<0 se toma LRTS=0)
Modelo de Walfisch-Ikegami
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Atenuación por propagación sobre edificios
LOBP LBSH ka kd log d k f log f c 9 log b
LBSH sólo se considera si la antena transmisora está por encima de los edificios
LBSH 18 log1 hb
ka establece una dependencia entre la altura de la antena transmisora y la distancia
Modelo de Walfisch-Ikegami
![Page 32: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/32.jpg)
La atenuación con la distancia se completa con kd logd
Transmisor por encima de los edificios kd =18Transmisor por debajo de los edificios k
hb
1815hR
d
k f 4 0.7925 f
1
k f 4 1.5925 f
1
La variación con la frecuencia está referida a 925 MHz, sin embargo:
Para ciudades de tamaño medio y zonas urbanas con densidad de vegetación
moderada
Para grandes centros metropolitanos se propone la siguiente expresión
Modelo de Walfisch-Ikegami
Modelos de propagación
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Resumiendo
Rango de validez del modelo:
800 f 2000 MHz
4 hb 50 m
1 hm 3 m
0.02 d 5 Km
Aplicable a células pequeñas, típicas en entornos urbanos.
Modelo de Walfisch-Ikegami
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Modelos tridimensionales (3D)
Porque son necesarios
• Los modelos bidimensionales sólo predicen coberturas
• Es necesario estudiar otros parámetros (delay spread, ancho debanda de coherencia, estadísticas de fading,...)
Empleo de Modelos Digitales del Terreno (MDT's) Raster y/o vectoria
Modelos de propagación
Como ejemplo Modelo de Valencia
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TRX
Línea de visión directa
Primera región de Fresnel
d
Submodelo de propagación sobre edificios (2D)
Modelo de Valencia
![Page 36: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/36.jpg)
Trazado de perfiles
![Page 37: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/37.jpg)
Submodelo de propagación horizontal (3D)
DIFRACCIÓN
DIFRACCIÓN
SCATTERING
REFLEXIÓN
Modelo de Valencia
![Page 38: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/38.jpg)
Breve descripción del modelo
Empleo de un mapa digital del terreno
Basado en un algoritmo de trazado de rayos
Descripción estadística de las fachadas de los edificios
Sólo se consideran las contribuciones más significativas
Caracterización estadística de cada contribución
Suma coherente de las contribuciones en el receptor
Modelo de Valencia
![Page 39: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/39.jpg)
Mapa digital del terreno
Información espacial (posición geográfica y altura de los
edificios, fichero DXF)
Información descriptiva (parámetros de rugosidad de las
fachadas y parámetros eléctricos)
Modelo de Valencia
![Page 40: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/40.jpg)
Modelo de Valencia
Nakagami (simulada con el modelo)
Nakagami (experimental)
Experimental
![Page 41: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/41.jpg)
Cálculo C/I
![Page 42: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/42.jpg)
Planificación celular
![Page 43: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/43.jpg)
TX1
TX2
Mejor enlace
![Page 44: Cap 2.2 Modelos de Propagacion](https://reader036.fdocuments.ec/reader036/viewer/2022081723/577c7cd01a28abe0549c266c/html5/thumbnails/44.jpg)
Líneas de Handover