RECOMENDACIÓN UIT-R P Método de predicción de la dinámica de los desvanecimientos en los trayectos Tierra-espacio

Transcripción

1 Rec. UIT-R P RECOMENDACIÓN UIT-R P Méodo de predicción de la dinámica de lo devanecimieno en lo rayeco Tierra-epacio La Aamblea de Radiocomunicacione de la UIT, (Cueión UIT-R 01/3) ( ) coniderando a) que en vario ervicio de radiocomunicacione deben aifacere uno objeivo de dieño que requieren información obre la dinámica de lo uceo de inerrupción; b) que para evaluar lo parámero relacionado con el riego de fallo en proporcionar una ciera calidad y fiabilidad de ervicio, debe conocere la probabilidad de aparición de devanecimieno de una ciera duración; c) que para evaluar lo parámero inerno en un bucle de conrol que aplica écnica de reducción de lo devanecimieno (FMT, fade miigaion echnique) (uilizada para aumenar la calidad y fiabilidad del ervicio), debe conocere la probabilidad de aparición de una pendiene del devanecimieno correpondiene a un deerminado umbral de aenuación; d) que e neceario proporcionar información écnica para calcular la eadíica de la duración de lo devanecimieno, de lo inervalo enre devanecimieno y de la pendiene de lo devanecimieno, recomienda 1 que e uilicen lo méodo decrio en el. del Anexo 1 para calcular la eadíica de duración de lo devanecimieno debido a la combinación de lo efeco de la aenuación (gae, nube y lluvia) y el cenelleo en lo rayeco Tierra-epacio; que e uilicen lo méodo decrio en el 3. del Anexo 1 para calcular la eadíica de la pendiene de lo devanecimieno debido a la aenuación en lo rayeco Tierra-epacio. Anexo 1 1 Inroducción La caraceríica dinámica de lo devanecimieno debido a la propagación en la amófera revien una gran imporancia en el dieño de mucho iema de elecomunicacione para opimizar la capacidad del iema y alcanzar lo objeivo de calidad y fiabilidad. La rede fija que incluyen un egmeno epacial y lo iema que aplican FMT o de comparición de recuro on un ejemplo al repeco. Pueden definire varia ecala emporale, y e úil diponer de información obre la eadíica de la pendiene de lo devanecimieno, de la duración de lo devanecimieno y de lo inervalo enre devanecimieno para un deerminado nivel de aenuación (véae la Fig. 1). La duración de un devanecimieno e define como el inervalo de iempo rancurrido enre do cruce por encima de un mimo umbral de aenuación, en ano que el periodo enre devanecimieno e el inervalo de iempo rancurrido enre do cruce por debajo de un mimo umbral de aenuación. La pendiene del devanecimieno e define como la velocidad de variación de la aenuación en el iempo.

2 Rec. UIT-R P La diinción enre devanecimieno de duración menor o mayor que 10 e epecialmene inereane en el conexo de lo crierio de diponibilidad. El conocimieno de la diribución de la duración de lo devanecimieno en función de la profundidad de lo devanecimieno e ambién un requiio previo a la aplicación de lo concepo de riego en la preación de ervicio de elecomunicacione. Ademá, e eencial diponer de información obre la pendiene del devanecimieno previa para calcular la mínima velocidad de eguimieno necearia de un iema de miigación de devanecimieno. Duración de lo devanecimieno y de lo inervalo enre devanecimieno.1 Neceidad de información obre la duración de lo devanecimieno La duración de lo devanecimieno e un parámero imporane que e ha de ener en cuena en el dieño de iema por varia razone: inerrupción e indiponibilidad del iema: la eadíica de duración de lo devanecimieno proporcionan información obre el número y duración de la inerrupcione y la indiponibilidad del iema debido a la propagación por un deerminado enlace o ervicio; comparición de lo recuro del iema: dede el puno de via del operador e imporane ener una idea de la duración eadíica de un uceo para aignar lo recuro a oro uuario; FMT: la duración de lo devanecimieno e imporane a fin de definir la duración eadíica para que el iema permanezca en una configuración de compenación ane de volver a u modo nominal; codificación y modulación del iema: la duración de lo devanecimieno e un elemeno fundamenal para eleccionar lo código de corrección de errore en recepción in canal de reorno y lo mejore equema de modulación; en el canal de propagación de lo iema de comunicación por aélie no e producen errore independiene ino bloque de errore. La duración del devanecimieno repercue direcamene en la elección del equema de codificación (amaño y palabra de codificación en código de bloque, enrelazado en código concaenado, ec.).

3 Rec. UIT-R P Méodo de predicción de la duración del devanecimieno La duración de lo devanecimieno e puede decribir mediane do funcione de diribución acumulaiva diferene: 1 P(, la probabilidad de aparición de devanecimieno de duración d mayor que D () uponiendo que la aenuación a ea mayor que A (db). Ea probabilidad puede calculare a parir de la relación enre el número de devanecimieno de duración mayor que D y el número oal de devanecimieno obervado, uponiendo que e ha uperado el umbral A. F(, la probabilidad acumulaiva de rebaamieno o, lo que e lo mimo, la fracción oal (enre 0 y 1) del iempo de devanecimieno correpondiene a devanecimieno de duración d mayor que D (), uponiendo que la aenuación a ea mayor que A (db). Ea probabilidad puede calculare a parir de la relación enre el iempo de devanecimieno oal debido a devanecimieno de duración mayor que D cuando e rebaa el umbral A y el iempo oal de rebaamieno del umbral. Dado un periodo de referencia, el número de devanecimieno de duración mayor que D e calcula muliplicando la probabilidad de aparición P( por el número oal de devanecimieno que rebaan el umbral, N o (A). De igual manera, el iempo oal de rebaamieno debido a fenómeno de devanecimieno de duración mayor que D e calcula muliplicando la fracción de iempo F( por el iempo oal de rebaamieno del umbral, T o (A). El modelo de do egmeno que aquí e decribe eá formado por una función de diribución log normal para devanecimieno de larga duración y una función poencial para devanecimieno de cora duración. El límie enre devanecimieno de cora y larga duración viene dado por la duración umbral D calculada en el modelo. El modelo poencial e aplicable a devanecimieno de duración mayor que 1. Lo de menor duración no conribuyen ignificaivamene al iempo de inerrupción oal. A coninuación e preena el cálculo de lo parámero neceario para el modelo y por úlimo e define el modelo de do egmeno para la do funcione de diribución, a aber, la probabilidad de aparición P y la probabilidad de rebaamieno (o de fracción de iempo) F. Se prevé que el modelo ervirá para duracione mayore que 1. Lo parámero neceario para el modelo on lo iguiene: f : frecuencia (GHz): GHz ϕ : ángulo de elevación (grado): 5º-60 A : umbral de aenuación (db). Lo pao para calcular la diribución de la duración de lo devanecimieno on lo iguiene: Pao 1: Calcular la duración media D 0 de la diribución log normal de la fracción del iempo de devanecimieno debido a devanecimieno de larga duración, uponiendo que la aenuación e mayor que A: D 0,4 1,4 0,39 0 A = 80 ϕ f (1) Pao : Calcular la deviación ípica σ de la diribución log normal de la fracción de iempo de devanecimieno debido a devanecimieno de larga duración: 0,05 0,07 σ = 1,85 f A ()

4 4 Rec. UIT-R P Pao 3: Calcular el exponene γ de la diribución poencial de la fracción del iempo de devanecimieno debido a devanecimieno de cora duración: 0,65 0,003 γ = 0,055 f A (3) Pao 4: Calcular el límie enre la duracione de devanecimieno cora y larga, D : p 0,39 0 e 1σ + pσ D = D (4) donde: p 1 = 0,885γ 0,814 (5) γ p = 1,05γ +,3 1,61 (6) Pao 5: Calcular la duración media D de la diribución log normal de la probabilidad de aparición de fenómeno de devanecimieno de larga duración: σ D = D e (7) 0 Pao 6: Calcular la fracción de iempo k debido a devanecimieno de duración inferior a D : k = 1 + ln( D ) ln( D0 ) D0D (1 γ) σ ln( D ) ln( D ) D γ σ 1 (8) donde: : función de diribución acumulaiva ípica para un variable con diribución normal: 1 1 x ( z) = e dx π (9) z Pao 7: Calcular la probabilidad de aparición de fenómeno de devanecimieno de duración d mayor que D, uponiendo que la aenuación a ea mayor que A: Para 1 Para D > D D P( = D (10) γ ln( D) ln( D ) γ σ D > > = P( d D a A) D (11) ln( D ) ln( D ) σ

5 Rec. UIT-R P Pao 8: Calcular la probabilidad de rebaamieno acumulaiva; e decir, la fracción oal del iempo de devanecimieno debido a devanecimieno de duración d mayor que D: 1 γ D Para 1 D D F( = 1 k (1) D Para D > ln( D) ln( D ) 0 σ D > > = F( d D a A) (1 k) (13) ln( D ) ln( D0 ) σ Pao 9: Cuando ea neceario, e puede calcular el número oal de devanecimieno de duración d mayor que D para un deerminado umbral A, mediane la expreión: N( D, A) = P( N ( A) (14) De igual manera, el iempo de devanecimieno oal debido a devanecimieno de duración d mayor que D correpondiene al umbral A e: T ( = F( T ( A) (15) para el periodo de referencia de ineré, donde T o (A) e el iempo oal durane el cual e rebaa el umbral A y N o (A) e el número oal de devanecimieno de duración mayor que la mínima, de 1. Eo parámero pueden obenere del modo iguiene: T o (A) e deermina a parir de lo dao locale. Si no e dipone de eadíica de larga duración, e puede hacer una eimación como e decribe en la Recomendación UIT-R P.618. El procedimieno conie en calcular la función de diribución acumulaiva de la aenuación oal, deerminando el porcenaje de iempo durane el cual e upera el umbral de aenuación A en cueión y eguidamene el iempo de rebaamieno oal T o (A) para el periodo de referencia coniderado. Una vez obenido T o (A), puede calculare N o (A) mediane la expreión: k 1 γ N o ( A) = To ( A) (16) γ 1 γ D El méodo anerior e aplicó a la bae de dao de duración del devanecimieno de la Comiión de Eudio 3 de Radiocomunicacione, para frecuencia enre 11 y 50 GHz y para ángulo de elevación enre 6 y 60. La media ariméica del error logarímico (relación enre la duración del devanecimieno calculada y medida para un mimo nivel de probabilidad) e eimó en el 30% para devanecimieno de duración inferior a 10 y enre el 5% y el 80% para lo de duración mayor que 10. En lo que repeca a la deviación ípica, e eimó una variación enre el 80% y el 150%, lo que demuera el carácer alamene variable de ee parámero..3 Periodo enre devanecimieno Ademá de la eadíica de duración de lo devanecimieno, ambién e úil caracerizar el iempo rancurrido enre do devanecimieno, denominado inervalo enre devanecimieno. Una vez que el nivel de la eñal recibida ha caído por debajo del umbral depué de un uceo de inerrupción, e eencial para el operador conocer eadíicamene el iempo que rancurre ane de que e produzca oro uceo de inerrupción. o o

6 6 Rec. UIT-R P Lo reulado experimenale indican que la eadíica de lo inervalo enre devanecimieno pueden ener una diribución log normal. Sin embargo, e prevé que lo inervalo enre devanecimieno de cora duración cauado por el cenelleo ropoférico igan una ley poencial, al igual que la eadíica de duración de devanecimieno de cora duración. 3 Pendiene de lo devanecimieno 3.1 Neceidad de información obre la pendiene de lo devanecimieno E imporane poder cuanificar la pendiene de lo devanecimieno en lo iema de comunicacione por aélie que aplican écnica de reducción del devanecimieno. Su conocimieno e úil para dieñar un bucle de conrol que pueda eguir la variacione de la eñal o para mejorar la predicción a coro plazo de la condicione de propagación. En ambo cao, la información imporane e la pendiene de la componene de la eñal que varía lenamene, lo cual implica filrar el cenelleo y la variacione rápida de la aenuación debida a la lluvia. 3. Méodo de predicción de la pendiene de lo devanecimieno La diribución de probabilidad de la pendiene de lo devanecimieno e función de lo parámero climáico, de la diribución del amaño de la goa y, por ano, del ipo de lluvia. La velocidad del vieno horizonal, perpendicular al rayeco, e oro parámero climáico a ener en cuena pue deermina la velocidad a la cual el perfil de lluvia horizonal araviea el rayeco de propagación. También e probable que la pendiene de devanecimieno previa para un deerminado nivel de aenuación diminuya al aumenar la longiud del rayeco, debido al efeco uavizane que produce la uma de la diferene conribucione de lluvia, y por ano, aumene con el ángulo de elevación en lo rayeco Tierra-epacio. Ademá, la medición de la pendiene del devanecimieno e ve afecada por parámero dinámico, o conane de iempo, del iema recepor. Lo recepore con mayor iempo de inegración reducen la variación inanánea del devanecimieno y lo diribuyen a lo largo de un periodo de iempo má dilaado. La diribución de la pendiene del devanecimieno calculada e función del nivel de aenuación A() y de la duración del inervalo. Ademá, la diribución depende de la frecuencia de core a 3 db del filro de pao bajo que e uiliza para eliminar de la eñal el cenelleo ropoférico y la variacione rápida de la aenuación debida a la lluvia. Lo reulado experimenale demueran que una frecuencia de core a 3 db de 0,0 Hz e uficiene para filrar adecuadamene el cenelleo y la variacione rápida de la aenuación debida a la lluvia. Si no e filran, la eñal preenará mayore flucuacione y el modelo ólo ervirá para predecir lo devanecimieno correpondiene a la aenuación debida a la lluvia. En ee cao, la frecuencia de core necearia e igual a la frecuencia de muereo. En el modelo, la pendiene del devanecimieno ζ en un deerminado inane e define a parir de lo dao filrado: 1 1 A + A ζ ( ) = db/ (17) El modelo e válido para la iguiene gama de parámero: frecuencia enre 10 y 30 GHz ángulo de elevación enre 10 y 50.

7 Rec. UIT-R P Lo parámero neceario para el modelo on lo iguiene: A : nivel de aenuación (db): 0-0 db f B : frecuencia de core a 3 db del filro de pao bajo (Hz): 0,001-1 Hz : duración del inervalo de iempo obre el que e calcula la pendiene del devanecimieno: -00. Lo pao para calcular la diribución de la pendiene de lo devanecimieno on lo iguiene: Pao 1: Se calcula la función F que define la dependencia con la duración del inervalo de iempo y con la frecuencia de core a 3 db del filro de pao bajo f B : F( f B π, ) = (18) b b 1/ b ( 1/ f + ( ) ) con b =,3. Pao : Se calcula la deviación ípica σ ζ de la pendiene del devanecimieno condicional para un deerminado nivel de aenuación: σ ζ = F( fb, ) A db/ (19) iendo un parámero que depende del clima y del ángulo de elevación; el valor medio general en Europa y Eado Unido de América, para ángulo de elevación enre 10 y 50, e = 0,01. Pao 3a: Se calcula la probabilidad condicional p ( A) ζ (función denidad de probabilidad) de que la pendiene del devanecimieno ea igual a ζ para un deerminado valor de la aenuación, A: B p ( ζ A) = πσ (1 + ( ζ / ) ) (0) ζ σ ζ Pao 3b: Cuando ea neceario, e calcula la probabilidad condicional p ( A) ζ (función diribución acumulaiva complemenaria) de obrepaar la pendiene del devanecimieno para un deerminado valor de la aenuación, A: 1 ( ζ / σζ ) arcg( ζ / σζ ) P ( ζ A) = (1) π(1 + ( ζ / σ ) ) π o e calcula la probabilidad condicional P( ζ A) de obrepaar el valor aboluo de la pendiene del devanecimieno ζ para un deerminado valor de la aenuación, A: ζ ζ ( ζ σ ) ζ arcg ( ζ σζ ) P ( ζ A) = p( x A) dx + p( x A) dx = 1 () π 1 ζ ( + ( ζ σ ) ) π El modelo de la ecuación () e comprobó con dao enre 1,5 GHz y 50 GHz. Lo reulado mueran un buen ajue con la curva de la diribución acumulaiva de la pendiene de lo devanecimieno y con u variación con el umbral de aenuación A, la duración del inervalo y la frecuencia de core a 3 db del filro pao bajo, f B. ζ