Comunicaciones Móviles

Transcripción

1 Comunicaciones Móviles Curso Práctica 1 Planificación Radio I Índice 1. Introducción 2. Cálculo de cobertura en entorno rural 3. Mejora de la cobertura 4. Cobertura en entorno urbano 5. Cobertura en sentido ascendente 6. Efecto del diagrama de radiación Apéndice A. Características de antena 1. Introducción El objeto de esta práctica es aprender el manejo de una herramienta de planificación radio, y aplicar conceptos básicos sobre cobertura y planificación en un sistema de comunicaciones móviles. Se utilizará para ello el programa Xirio-OnLine. A lo largo de la práctica se plantean preguntas relacionadas con el trabajo realizado. Estas preguntas se indican mediante el epígrafe PREGUNTA. Deberá entregarse una pequeña memoria que contenga las respuestas a dichas preguntas, así como cualquier otro comentario que se considere relevante. Por favor, al elaborar la memoria de esta práctica y de las siguientes guíese por las siguientes dos máximas del refranero castellano: Lo bueno, si breve, dos veces bueno. Vale más una imagen que mil palabras (siempre que lo considere necesario incluya gráficos, pantallazos, diagramas que ayuden a comprender sus explicaciones) Vaya a la página oficial de Xirio-OnLine ( y pulse sobre PlanningTool. Cree un usuario nuevo con los datos que se le piden (esta será su cuenta de usuario para las dos primeras prácticas así que guarde su nombre y contraseña).

2 2. Cálculo de cobertura en entorno rural En este apartado se realiza un estudio de cobertura de una hipotética estación base situada en entorno rural. Acceda a la herramienta de planificación utilizando el usuario y contraseña que acaba de crear. Cree un nuevo estudio pulsando sobre el botón correspondiente de la barra superior del programa. Defina el nuevo estudio de cobertura de la siguiente manera: Categoría: servicio móvil. Subcategoría: GSM-900. Servicio P-GSM-900 móvil. A continuación nombre el estudio como crea conveniente y añada una descripción que lo diferencie de otros estudios futuros. NOTA: de este momento en adelante recuerde que puede volver en cualquier momento a modificar las características del estudio (nombre, transmisor, método de cálculo ) sin más que abrirlo utilizando el menú general de la herramienta, pinchando sobre él para seleccionarlo (que quede marcado en azul) y pulsando a continuación sobre la opción configurar estudio dentro del menú acciones situado en la parte izquierda de la ventana principal de la herramienta. En el estudio de cobertura que ha creado, dentro de la pestaña equipos y en el apartado sector pulse el botón verde con un + para crear una estación base. Cree un nuevo sector con valores por defecto. A continuación defina los siguientes parámetros para la estación base, que actúa como transmisora: Coordenadas: X: m; Y: m (sistema de coordenadas UTM WGS84). Para convertir estas coordenadas a latitud y longitud pulse sobre el botón con forma de calculadora, seleccione la opción UTM (WGS84), introduzca las coordenadas y pulse sobre Convertir de UTM a geográficas. A continuación pulse sobre aceptar dejando el resto de parámetros por defecto. Antena: dipolo en λ=2 (half-wave dipole). En un sistema real se utilizarán antenas más directivas; sin embargo, por simplicidad se va a utilizar esta antena, que es omnidireccional en el plano horizontal. Para añadir esta antena, en el apartado antena copolar, elimine la antena existente (pulsando sobre la X roja), y a continuación añada la antena especificada pulsando sobre el botón verde con un +. Frecuencia de referencia: 960 MHz (extremo superior de la banda descendente de GSM-900). Elimine primero todas las frecuencias que aparecen por defecto (de nuevo pulsando sobre las X rojas) y después pulse sobre el + verde para añadir la frecuencia especificada. Polarización: vertical. Altura: 30 m. Potencia: 10 W. Mantenga para los demás parámetros sus valores por defecto. Si necesita modificar los parámetros de la estación base una vez creada, puede acceder nuevamente a través de la pestaña equipos en el apartado sector. Defina las siguientes características del receptor del terminal móvil dentro de la pestaña equipos en el apartado parámetros de recepción del terminal. Antena isótropa de ganancia 0 db. Para ello tome una antena omnidireccional para servicio GSM (la que viene por defecto, por ejemplo) y modifique sus parámetros para que tenga una ganancia de 0dB.

3 Polarización: vertical. Altura: 1,5 m. El receptor tiene una sensibilidad de -103 dbm, y se desea un porcentaje de cobertura perimetral del 90%, con una desviación típica de 10 db. Calcule el margen por desvanecimiento log-normal y el valor mínimo para la potencia mediana (véase apuntes de teoría). Introduzca este valor como Potencia umbral en el programa. Para definir el modelo de propagación que se va a emplear se utiliza la opción método de cálculo dentro de la pestaña parámetros de cálculo y pulsando sobre el icono cuadrado blanco con dos ticks. Una vez pulsado ese icono observe que dentro del menú desplegable método de propagación están definidos varios modelos. Seleccionando cada uno de ellos se pueden ver sus parámetros. Defina, o compruebe que están ya definidos, los siguientes modelos de cálculo, y asígneles un nombre representativo. No utilice corrección estadística ni efecto de lluvia o gases. Para el factor de modificación del radio terrestre utilice el valor estándar de 4/3. 1. Okumura-Hata en medio rural con resolución de 400 m (que es el máximo que se puede obtener de forma gratuita). 2. Rec. UIT-R P con resolución de 400 m. 3. Método LOS con resolución de 400 m. Este método considera propagación en espacio libre si existe visión directa, y atenuación infinita en caso contrario. Seleccione una zona de cobertura aproximadamente cuadrada de lado 30 km centrada en la estación base. Para ello vaya a la pestaña área de cálculo y pinche sobre el icono con un rectángulo a trazos y una flecha. Esto nos permite definir un área de cálculo directamente sobre el plano pinchando sobre dos puntos del mismo (que serán las dos esquinas opuestas de un rectángulo). Una vez fijada un área de cálculo inicial esta se puede modificar arrastrando las esquinas. Para saber cuánto mide el lado del área de cálculo generada se puede utilizar la herramienta de medida situada en el menú general de la aplicación (una recta con las letras Km superpuestas). Téngase en cuenta que se pide dibujar el área de cobertura de forma aproximada. Al finalizar el proceso de cálculo de la cobertura, esta aparece representada mediante un código de colores. Dicho código de colores y los rangos representados por cada uno de ellos se puede modificar en la pestaña rangos de resultado. Fije el primero de los modelos anteriores para el cálculo de la cobertura, y pulse la opción cálculo gratuito a baja resolución (situado a la izquierda de la pantalla principal del programa en la pestaña acciones). Una vez que haya terminado el proceso de cálculo (se indica en una barra de tareas que se abre en la parte inferior derecha de la herramienta), los resultados se pueden consultar seleccionando la carpeta resultados (carpeta de color morado) del estudio, y pinchando sobre abrir gestor de resultados dentro del menú acciones. Una vez dentro del gestor de resultados, seleccionamos los resultados de nuestro estudio y pichamos sobre el botón abrir resultado. PREGUNTA 1: Observará que la distancia de cobertura no es la misma en todas las direcciones. Teniendo en cuenta el modelo de cálculo utilizado, por qué esto es así? Puede resultarle útil la herramienta calcular perfil del menú principal.

4 PREGUNTA 2: Realice el cálculo de la cobertura para los restantes modelos de propagación anteriormente definidos. Observe e interprete las diferencias entre los modelos, en términos de forma de la zona de cobertura y tiempo de cálculo. Donde aparezcan huecos de cobertura, trate de identificar la razón. Para hacer la comparación, se recomienda crear una copia del estudio (duplicar estudio en el menú acciones) modificando únicamente aquellos parámetros que sean relevantes para cada método que se vaya a utilizar. NOTA: El gestor de resultados permite mostrar superpuestos los resultados de distintos estudios. Por ello se recomienda dar un código de colores diferente para la cobertura correspondiente a estudios que se quieran mostrar simultáneamente. NOTA: Xirio-OnLine tiene una limitación de cálculos gratuitos diaria. Superada la cuota, hay que esperar hasta el día siguiente para poder realizar más cálculos. Por favor, tenga esto en cuenta sobre todo al ir a entregar prácticas en el último minuto. 3. Mejora de la cobertura Analice, de acuerdo con los modelos de Okumura-Hata y Rec. P. 526 del UITR, la mejora de cobertura que se obtiene por medio de los siguientes cambios: 1. Mover la estación base a un punto más alto. Utilice para ello la opción optimizar punto, que está en la ventana donde se definió la posición inicial del transmisor. 2. Incrementar la altura en 10 ó en 20 m. 3. Incrementar la potencia en 6 db. PREGUNTA 3: Cuál de las tres opciones incrementa más la cobertura en la zona bajo estudio? Por qué? A continuación se va a probar el efecto de los cambios indicados en una zona montañosa. Para ello es necesario crear un nuevo estudio con un nuevo transmisor. Como en casos anteriores en vez de definir otra vez todos los parámetros, puede duplicar el estudio, y modificar en el estudio duplicado los parámetros necesarios. En el nuevo estudio sitúe el transmisor en el punto (41º01'44.85"N, 003º28'39.06"W) que está dentro de un zona montañosa. PREGUNTA 4: Compare el efecto sobre la cobertura de los cambios anteriores, utilizando el modelo de la Rec. P. 526 del UIT-R. Cuál de las opciones es más efectiva en este caso? Por qué? 4. Cobertura en entorno urbano En este apartado se comparan varios métodos de propagación en entorno urbano. Cree un nuevo estudio de cobertura y defina una estación base (transmisor) con los siguientes parámetros:

5 Coordenadas: X: ; Y: m. Antena: dipolo en λ=2 (half-wave dipole). Frecuencia de referencia: 960 MHz. Polarización: vertical. Altura: 4 m (altura de la torre situada sobre el edificio). Potencia: 43 dbm. Para el receptor considere una sensibilidad de -100 dbm, con un porcentaje de cobertura perimetral del 90% y desviación típica de 9 db, y el resto de parámetros como en los apartados anteriores. Compare la zona de cobertura que resulta utilizando los siguientes modelos: 1. Okumura-Hata en ciudad grande. 2. Rec. UIT-R P PREGUNTA 5: Qué diferencias observa entre los métodos utilizados? Considere la siguiente situación. Se desea estimar la cobertura con un modelo tipo Okumura-Hata para ciudad grande. Se ha observado que, en el entorno bajo estudio, los resultados que produce el modelo de Okumura-Hata son demasiado optimistas, por lo que se incluye un término de pérdida adicional por difracción de los obstáculos interpuestos. A partir de medidas, se estima que dicho término se puede aproximar como 0,3 por la pérdida de difracción calculada según la Rec. P.526 del UIT-R. Así, el modelo de cálculo completo queda: L b (db) = 69, ,16 log f(mhz) 13,82 log h t (m)+ (44,9 6,55 log h t (m)) log d(km) + 0,3L difracción Para introducir en Xirio-OnLine el modelo anterior puede utilizarse el método de cálculo Editable ampliado, que permite definir una fórmula arbitraria para el cálculo de la atenuación, incluyendo el efecto de la difracción. De acuerdo con esto, defina en Xirio-OnLine el modelo indicado, con resolución de 2m, y calcule la cobertura. Tenga en cuenta lo siguiente: El método Editable ampliado se define introduciendo uno a uno los diferentes sumandos, cada uno de los cuales puede contener el producto de un coeficiente por un máximo de dos operadores aplicados respectivamente sobre el mismo número de variables. El método permite utilizar la altura real de la base sobre el nivel del suelo en su ubicación (h tx) o la altura efectiva de la base sobre el nivel medio del suelo, calculado de acuerdo con el modelo de Okumura-Hata (h eff tx). Debe usar esta última. Las variables están en las mismas unidades que en la fórmula de Okumura-Hata. PREGUNTA 6: Comente la cobertura obtenida de acuerdo con el modelo que acaba de definir. 5. Cobertura en sentido ascendente Hasta ahora se ha evaluado la cobertura en sentido descendente. Aunque el programa no permite evaluar de forma directa la cobertura en sentido ascendente, es posible obtenerla por medio de modificaciones en los parámetros del estudio de cobertura.

6 Considere que en sentido ascendente la potencia de transmisión del móvil es 2 W, la sensibilidad de la estación base -102 dbm, y la frecuencia de referencia es 915 MHz (extremo superior de la banda ascendente de GSM-900). PREGUNTA 7: Qué enlace es el que limita la cobertura? PREGUNTA 8: Razone qué cambios deberá introducir en el estudio de cobertura de Xirio-OnLine para observar la cobertura en sentido ascendente. Calcule la cobertura ascendente, utilizando el modelo editable definido en el apartado 5. PREGUNTA 9: Si se desprecia el efecto de variación de cobertura debido a la frecuencia, cómo se pueden visualizar simultáneamente en un solo estudio las coberturas descendente y ascendente? 6. Efecto del diagrama de radiación En este apartado se analiza el efecto del diagrama de radiación de la antena de la estación base. Una antena se define en Xirio-OnLine por medio de su sus diagramas de radiación copolar y contrapolar. En las bandas de frecuencias utilizadas en comunicaciones móviles la despolarización de la señal es alta. Por este motivo, es habitual utilizar sólo el diagrama copolar (es decir, el relativo a la polarización transmitida). El diagrama se define en Xirio-OnLine por medio de la ganancia, un diagrama horizontal normalizado (valor máximo 0 db) y un diagrama vertical normalizado. Defina en Xirio-OnLine la antena cuyos datos figuran en el apéndice A. Para ello, introduzca como transmisor una antena estándar omnidireccional y a continuación, en la ventana de parámetros, modifique los diagramas de radiación horizontal y vertical y la ganancia. Para modificar los diagramas de radiación pulse sobre el botón verde con un + y defina pares de puntos (ángulo-atenuación). No es necesario que se definan de forma muy exacta (5-7 pares de puntos son suficientes). PREGUNTA 10: Considere ahora que la estación base utiliza la antena directiva que acaba de crear. En el programa, dónde debe seleccionarse la nueva antena para ver la cobertura en sentido descendente: en el transmisor o en el receptor? Y en sentido ascendente? PREGUNTA 11: Calcule la cobertura en sentido ascendente con la antena que acaba de crear, utilizando para los demás datos los valores del apartado 5. Compruebe y comente el efecto de variar la orientación de la antena en acimut. En sistemas comunicaciones móviles, sobre todo en entorno urbano, es habitual inclinar verticalmente la antena, típicamente entre 0 o y 10 o hacia abajo, para concentrar la radiación en la zona de cobertura deseada y para reducir la interferencia sobre la zona de cobertura de las bases. La interferencia puede evaluarse de forma aproximada en el propio estudio de cobertura, observando la zona en la cual el nivel recibido es menor o igual a la potencia mediana necesaria reducida en un valor R (db). Así, los puntos en los que se verifique dicha condición, suponiendo que estuvieran siendo cubiertos por otra base, tendrían un valor mediano de la relación señal deseada/interferencia mayor o igual a R. Por el contrario,

7 en los puntos en los que esa condición no se verifique la relación podría ser inferior, dependiendo del nivel de señal deseada (desconocido). El valor de R debe elegirse como el valor mínimo admisible para la relación portadora/interferencia más un margen por variación de la interferencia. PREGUNTA 12: Suponiendo R = 12 db, modifique la inclinación de la antena hasta 10 o y observe cómo cambian la zona de cobertura y la zona en la que puede haber interferencia. Comente los resultados. Apéndice A. Características de antena En las páginas siguientes se indican las características (catálogo del fabricante) de la antena utilizada en el apartado 6, y los diagramas de radiación horizontal y vertical ampliados.

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