Lecture 12 radioenlaces terrenales servicio fijo p3

Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES

Conferencia 12: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTMProfesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y

Telecomunicaciones. Universidad Nacional de Ingeniería

I Sem 2015

Objetivos

Conocer los datos que son utilizados en el proceso de diseño de un radioenlace

Comprender el efecto y beneficios de la diversidad en el despliegue de radioenlaces.

2I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Contenido

• Datos de propagación necesarios para cálculo de radioenlaces

• Diversidad• Tipos de diversidad• Mejora por diversidad


Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace


Objetivo de diseño: • Visibilidad directa en cada vano, en condiciones normales de refractividad (k=4/3)

• Despejamiento necesario altura de antenas

• El problema consiste en determinar las pérdidas básicas de propagación:

gpaddibfb LLLLLLL

Pérdidas: Espacio libre, + adicionales de: difracción, desvanecimiento, ángulo de apuntamiento, precipitaciones, y absorción por gases

• La metodología en el diseño de un radioenlace (vano por vano). Los pasos son:

1. Análisis de la geometría del perfil

2. Análisis de pérdidas adicionales debidos a la atmósfera

determinar altura de las antenas p/LOS

Desvanecimiento factor “k”

Atenuación por gases atmosf.

3. Análisis de atenuación hidrometeórica Atenuación por lluvia

4. Análisis de despolarización

5. Análisis de desvanecimiento multitrayecto

Plano y Selectivo

6. Protección ante desvanecimiento multitrayecto

Técnicas de diversidad

PASO 1: Cálculo de las alturas de las antenas • Mínimas necesarias para asegurar la transmisión en:

• Condiciones normales (pérdidas de difracción tolerable)• Condiciones anómalas (probabilidad pequeña de pérdida de visibilidad)

• Rec ITU-R PN 530 (sin diversidad)1. k (k=4/3) ht, hr : despejamiento = R1

2. ke =k(0.1%) ke (efectivo, rebasado el 99.9%) para el mes más desfavorable. 3. Nuevo cálculo de las altura ht, hr con ke para:

a) Clima templado:• despejamiento = 0.0R1 obstáculo aislado (incidencia rasante)• despejamiento = 0.3R1 obstáculo redondeado o meseta

b) Clima tropical:• despejamiento = 0.6R1 si d 30 Km

4. ht y hr son valores máximos obtenidos en 1 y 3.

• Si salen cero: 10 – 15m • Despejamiento respecto a entorno inmediato• Seguridad y protección delainstalación





PASO 2: Pérdidas adicionales• Atenuación por gases y vapores (f 10 GHz)• Difracción por factor k, se calcula para ke y el parámetro v del obstáculo con

despojamiento insuficiente

PASO 3: Atenuación por lluvia• Considerar efecto a frecuencias altas (f 7 GHz)• Calcularlo para un porcentaje de tiempo rebadado, p (% de indisponibilidad).

PASO 4: Despolarización• Para estudios de compatibilidad e interferencia

PASO 5: Desvanecimiento multitrayecto• Originado por reflexión en el suelo

• Profundos y de larga duración• Bloquear el rayo reflejado

• Originado por dispersión en atmósfera• Desvanecimiento troposférico• Cuando es selectivo es mas severo

• Aplicar el método conveniente de cálculo

(%)101)( 10/00085.0082.097.02.3 Fhfp

LdKFp

Método 1 de la Rec. ITU-R P.530



PASO 5: Desvanecimiento multitrayecto (CONTINUACIÓN)• Efecto de la selectividad en RE digitales

• ISI BER , Despreciable Rb 10 Mbps, Importante Rb 20Mbps• Divesidad + Ecualización + Codificación• No mejora a potencia

• Recuperación de portadora: Error de fase=giro en la constelación• Temporización: No en la máxima abertura del diagrama de ojo



PASO 6: Protección ante desvanecimiento • Aplicar técnicas de diversidad,• Inclinación de las antenas (RR en mínimo diagrama radiación),• Desplazamiento del punto de reflexión• Apantallamiento RR• Sistemas antirreflectantes: se ponen en fase (con φ) los RD y se calcula “s”

para cancelar la suma de RR.

Alturas antenas

arreglos de antenas

Diversidad

ConceptoConsiste en transmitir la misma información por distintos “caminos radioeléctricos” que se vean afectados de forma independiente por el multitrayecto.

Objetivo: Permite superar los efectos adversos del desvanecimiento multitrayecto

En Rx se tienen varias señales incorreladas que se procesan para generar una única señal mejorada

Clasificación Según los parámetros del camino radioelécrico que cambian:

Diversidad espacial Diversidad de frecuencia Diversidad de ángulo Diversidad de trayecto

Según el tipo de procesado de señal Diversidad por conmutación Diversidad de combinación

Cuando menos correlación entre las señales, más eficaz es el sistema Ventajas: % de tiempo de desvanecimiento, fiabilidad, mejora SNR y/o BER

Las técnicas de diversidad no resuelven el problema cuando los desvanecimientos se deben a atenuación por lluvia o gases atmosféricos (salvo quizá la diversidad de trayecto en ocasiones).


Diversidad: Espacial

Características• Poco probable un doble desvanecimiento• Una (1) sola frecuencia• Redundancia sólo en Recepción: Fiabilidad en Rx.• Dos (2) antenas y dos (2) receptores separados

h: altura del transmisor

Se aconseja una distancia vertical de:

150

4

h

dh


Diversidad: En frecuencia

Características• Dos (2) transmisores y dos (2) receptores• El periodo de desvanecimiento difiere para dos frecuencias separadas entre 2-5%.• En la práctica (escasez de frecuencias) se separan un 1-2%

• Cuando una se desvanece la otra frecuencia no.• Redundancia Tx y Rx: Aumenta fiabilidad• Inconveniente: usar otro radiocanal , dos en total (espectro es bien escaso y caro)


Diversidad: Montaje mixto – Espacio/Frecuencia

¡¡¡Cuando la separación de frecuencia no sea suficiente!!!


Diversidad: CuádrupleD

iv. e

spac

ial

Div

. esp

acia

l

Div

. fre

cuen

cial

Diversidad cuádruple: casos muy complicados, como largas distancias en mar.

Diversidad de trayecto: lluvia. (circunstancias excepcionales) Diversidad de ángulo: se juega con haces de antenas


Diversidad: Tratamiento de las señal

• Selección por conmutación:• Se elige la señal mejor. (mayor intensidad)

Mayor intensidad• Proceso de conmutación (inconvenientes):

Microinterrupción (<10 μsg) Ruido de conmutación

• Sencillo y económico (ventajas)

• Selección por combinación: lineal y de relación máxima

• RF/FI versus BB: Antes de combinar poner las señales en fase Mas sencillo en BB que RF/IF

• Suma (Combinación lineal) Se suman las señales en BB y en fase (en

tensión y ruido) Si para las señales Pi<<Pj (6dB) se

desprecia la primera.• Combinación lineal ponderada.

Se maximiza la relación s/n

ixx

ii xax

n

sM

nM

x

n

x

n

s

r

M

ii

M

ii

M

ii

2

2

12

1

2

1

Minn ri ,...,2,1,


Diversidad – Mejora “I”

Beneficios ya vistos: Aumenta fiabilidad, mejora S/N o BER y reducción del % tiempo en que se rebasa una profundidad de desvanecimiento

Factor de mejora: Se define como :

(F)p

p(F)I

dp diversidad con ientodesvanecim de adProbabilid

ientodesvanecim de adProbabilid

) BERRTiempo (BE

) BERRTiempo (BEI

r

rp diversidadx protección con

diversidadx protección sin


Diversidad-Mejora

Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra

s: separación vertical entre los centros de antenas (m) (3 ≤ s ≤ 23) f: frecuencia (GHz) (2 ≤ f ≤ 11) d: longitud del trayecto (km) (43 ≤ d ≤ 240) P0: Factor de aparición del multitrayecto (en %) F: Profundidad de desvanecimiento para el trayecto no protegido (dB) (M F) V: |G1-G2| G1 y G2 (dB) ganancias de antenas terminales

10/04.10

48.012.087.0 1004.0exp1 VFp PdfsI


(%)101 00085.0032.097.02.30 Lhf

pdKP

Donde P0 puede obtenerse como en la conferencia 9:

En trayectos sobre tierra, el factor de mejora por diversidad vertical en el espacio para señales de banda estrecha, puede estimarse mediante:

Diversidad-Mejora

Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra


1. Coeficiente de correlación plana (no selectivo):

TPTP

TP

pI 12

2. Coeficiente de correlación selectivo:

.rr

rr

r

ww

wr

w

w

TSw

96280)1(395.01

9628.05.0)1(195.01

5.08238.0

5136.0

)1log(13.0109.02

;

;

;

2.1 Coeficiente de correlación de las amplitudes relativas:

ρr

TPTP

TPTPw

26.0)1(6921.01

26.0)1(9746.012034.12

2170.22

;

;

Diversidad-Mejora

• Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra


3. Probabilidad de interrupción con diversidad:

3.1 Probabilidad de interrupción desvanecimiento plano (no selectivo):

TP

TPTPd I

pp ,

3.2 Probabilidad de interrupción selectiva:

22

, 1 TS

TSTSd

pp

3.3 Probabilidad de interrupción total de la transmisión:

5.1/22/2/ ,

TSTPpppTT

Diversidad-Mejora


Diversidad de frecuencia (ITU-R PN 530)

1. Se proponen las expresiones siguientes:

El método dado se aplica para un sistema 1 + 1. Análisis similar que en diversidad espacial, pero utilizando la expresión:

10/1080 F

TP f

f

dfI

• Δ f : separación en frecuencias (GHz). Si Δ f > 0.5 GHz, utilícese Δ f = 0.5 • f : frecuencia de la portadora (GHz) • F : margen contra desvanecimiento plano (dB).

Esta ecuación se aplica únicamente a las siguientes gamas de parámetros: 2 ≤ f ≤ 11 GHz 30 ≤ d ≤ 70 km Δ f / f ≤ 5%

• Lectura Obligatoria• Transmisión por Radio

• Capítulo 5Sección 5.8, 5.10

• Lectura Recomendada

• Ninguna.


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