Comunicaciones Inalámbricas Capitulo 2: Propagación. Víctor Manuel Quintero Flórez Claudia Milena Hernández Bonilla

Transcripción

1 Comunicaciones Inalámbricas Capitulo 2: Propagación Víctor Manuel Quintero Flórez Claudia Milena Hernández Bonilla Maestría en Electrónica y Telecomunicaciones II-2013

2 Principios de Propagación

3 Principios de Propagación En la interfaz radio (canal radioeléctrico), se producen efectos no deseables (perturbaciones) que afectan la calidad de funcionamiento del sistema de comunicaciones. Perturbaciones más importantes: Ruido (externo e interno) Desvanecimiento (obstáculos y multitrayectoria). interferencia (cocanal y canal adyacente).

4 Principios de Propagación Calidad: SINAD, BER. Calidad f(sistema de modulación). Calidad: C/N y C/I. Canales limitados por ruido. Canales limitados por interferencia. Valor umbral C/I=Relación de protección (R p ).

5 Principios de Propagación Caracterización de la antena transmisora. pire, p g, t e 0 mv, m pire, ( Kw) d( Km) E dbu PIRE dbw d Km 0, 74.8, 20log

6 Principios de Propagación Caracterización de la antena transmisora(2). pra, p ( Kw) g, t d e 0 mv, 222 m p ( Kw) g, t d( Km) E0 dbu 77 PRA( dbw ) 20log d Km PIRE( dbw ) PRA( dbw ) 2.15

7 Caracterización de la antena receptora. p r Principios de Propagación A Φ Densidad de flujo de potencia onda incidente eff A eff Area efectiva de antena. A p eff r 2 e gr 4 e g r e: valor eficaz o efectivo del campo incidente. g r : ganancia isótropa de la antena receptora.

8 Principios de Propagación Caracterización de la antena receptora (4). p r 2 2 e g r p dbm E dbu 20 log f MHz 77.2 G dbi r R

9 Principios de Propagación p r A eff pire g r 2 4d 4 2 p p C 4d 4 f 2 t r g 2 t gr 2 pire pire 4 d d 2 2 pt gt g r 4 df pr ; lo ; Perdidas _ de _ Espacio _ Libre lo C L ( db) Logf ( MHz) 20 Logd( Km) o

10 Principios de Propagación L db log f MHz 20 log d Km 0 b ex L L L 0 0 ex L E E

11 Principios de Propagación P PIRE L G dbi r P PRA 2.2 L G dbi r R R P dbm E dbu 20 log f MHz 77.2 G dbi r L db PRA( dbm) E( dbu) 20log f MHz 79.4 R

12 Principios de Propagación Modelo Energético

13 Principios de Propagación Modelo Energético (2) L L L L l L tt com dup con f f at log ; Lar 10 log at ar G G L ; G G L ' ' t t at r r ar

14 Principios de Propagación Balance de un enlace radioeléctrico (RLB) ' ' P dr P et L tt G t L b G r L tr

15 Principios de Propagación Estudio y evaluación de la interferencia

16 Principios de Propagación Estudio y evaluación de la interferencia P P G L G rd td td bd rd PrI j PtI j GtI j LbI j GrI j C I P rd 10log P r I P ri N j1 P 10 ri j 10 Zona de cobertura protegida de un transmisor C R I p

17 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica En los enlaces de comunicaciones móviles, las ondas que llegan a las diferentes posiciones en las que puede situarse el receptor encuentran diferentes condiciones de propagación. La señal recibida por el móvil es la suma de componentes que se propagan por múltiples trayectos. Las comunicaciones móviles se caracterizan por amplias variaciones del campo en función del espacio (variación con la ubicación del receptor) y en función del tiempo (variaciones temporales). Las variaciones de campo se asocian a distintos modelos de desvanecimiento (distribuciones estadísticas).

18 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (2) Distribución normal Fuente:Wikipedia.

19 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (3) Distribución normal de campo. Condiciones de desvanecimiento lento. Variación de la intensidad de campo (dbu), con las ubicaciones se representa por una distribución Normal o Gaussiana. σ L depende de la frecuencia y de la extensión y de la irregularidad del terreno. f E 1 1E E exp 2 2 L L 2 Valor medio E Desviación estándar. L

20 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (4) Distribución normal de campo (2). E u : valor umbral. Pr p F E ob E E corte u u P G E Pr ob E E 1 p cobert u u corte Cuando se trabaja con potencia (Unidades logaritmicas). f P 1 1P P exp 2 2 L L 2

21 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (5) Distribución normal de campo (3). Si la potencia se expresa en unidades naturales (mw). Función de densidad de probabilidad Log-Normal. P P ; p 10 ; n 0, 23 p p ln / f p exp 2 ; p 0 2 p 2 n n p La distribución log-normal se aplica para el cálculo de la interferencia múltiple. L

22 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (6) Distribución de Rayleigh.

23 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (7) Distribucíón Rayleigh(2). En radiocomunicaciones describe la variación estadística de la envolvente de la señal resultante de la propagación multitrayecto, cuando los diferentes rayos tienen amplitudes similares y fases aleatorias. r=envolvente(amplitud). La función de densidad de probabilidad. Función uniparámetrica p r r r b 2b exp 2 ; r

24 Distribuciones Estadísticas de la Propagación Radioeléctrica (8) Distribución Nakagami-Rice Describe estadísticamente las variaciones de intensidad de una señal constituida por una fuente deterministica y varias componentes aleatorias. Un trayecto dominante despejado (LOS, visión directa) y multitrayectos con dispersión (NLOS).

25 Diferencia entre un sistema cableado y un sistema inalámbrico? La variabilidad del canal. La movilidad del usuario. El ancho de banda disponible. Los sistemas de comunicaciones inalámbricos tienden a imitar el comportamiento de los sistemas fijos.

26 Ventajas de la Tecnología Inalámbrica Conveniencia y reducción de costo. Las redes y los servicios pueden ser desplegados de manera más rápida No costo de planta externa de cable. En cualquier momento y lugar. Soluciones rápidas, flexibles y escalables y es mucho más económico.

27 Por qué los sistemas inalámbricos (algunas veces) no trabajan? Multitrayectoria-Desvanecimiento. Limitaciones de potencia. Interferencia y ruido. Tipo de antena y orientación. Cobertura. Congestión (Limitaciones de Capacidad).

28 Principios de Propagación - Desvanecimiento

29 Principios de Propagación - Desvanecimiento

30 Principios de Propagación - Desvanecimiento Retardo Dis tan ciadiferencia C

31 Principios de Propagación - Desvanecimiento

32 Principios de Propagación - Desvanecimiento

33 Principios de Propagación - Desvanecimiento

34 Principios de Propagación - Desvanecimiento Received Power Delay Spread i h() t a e j t t i i i t

35 Principios de Propagación - Desvanecimiento Variaciones de campo asociadas a desvanecimiento son descritas a través de diferentes distribuciones estadísticas: Distribución normal o Gaussiana y Distribución de Rayleigh. Multitrayectoria genera desvanecimiento e ISI (BER). Soluciones: Ecualización y Receptores tipo Rake. Clasificación del Desvanecimiento: Lento (shadow Fading, sombra) y Rápido.

36 Principios de Propagación - Sombra (Shadowing) La señal recibida es afectada por obstrucciones tales como montañas y edificios. Variaciones en la potencia media de la señal recibida. Implicaciones: Cobertura no uniforme. Desvanecimiento Incrementa la potencia de transmisión requerida P db P db G r r S G N 0,,4 10 S S S

37 Sombra (2) Principios de Propagación - Desvanecimiento R P = P r0

38 Sombra (3) Principios de Propagación - Desvanecimiento

39 Principios de Propagación - Rápido (multitrayectoria) Desvanecimiento

40 Principios de Propagación - Desvanecimiento Señal recibida (dbu) tiempo

41 Principios de Propagación - Desvanecimiento

42 Principios de Propagación - Desvanecimiento

43 Principios de Propagación Variabilidad de la Propagación Características de la zona de cobertura. Movilidad de los terminales. Potencia transmitida fija Potencia recibida es una variable aleatoria. Variaciones del nivel de señal con la posición y el tiempo.

44 Principios de Propagación Perdida básica de propagación f(distancia). Modelo de pendiente única. 0 l d k d b l d l d b n L d L 10nlog d; L 10log l b n

45 Principios de Propagación Variabilidad de la Propagación (2) Entorno Factor de exponente n Espacio libre 2 Urbano Urbano con grandes edificios 3-5 Interior de edificios Interior de edifcios con sombras 2-3 Entorno suburbano 2-3 Zonas industriales 2.2

46 Principios de Propagación Variabilidad de la Propagación (3)

47 Principios de Propagación

48 Principios de Propagación Modelos de Propagación y métodos de predicción. Importante para efectos de planificación y diseño de sistemas de radiocomunicaciones.

49 Principios de Propagación (21) Variabilidad del medio de propagación El canal de radio es cambiante y no siempre predecible. Observaciones (de 1 a 15 años) permiten modelar y estimar sus variaciones a efectos de predecir la propagación de ondas de radio. el clima (presión, vapor de agua, Intensidad de las lluvias y la presencia o ausencia de nubes), la región (Tropical, ecuatorial) y las estaciones (determina el índice refractivo, y la atenuación).

50 Principios de Propagación (22) P t G t P r G r

51 Principios de Propagación (25) s p p g g r t t r n Requerida nr lonr S P N L G G t( dbm) r o t r N Requerida Típicos receptores: SNR= 18 db N r =-120dBm Antenas Dipolo λ/2= 1.5 db Suponiendo f=1ghz d=1km

52 Principios de Propagación (26) P t (db)> -13 dbm = 0.05mW. Vida real??? Las perdidas deben incluir, perdidas por penetración en edificios y obstáculos. L=Lo+ Perdidas en Edificios Ciudad ((20-30)dB) Pérdidas en interiores ((20-30)dB). Factor de 100 a mW -> 5mW -> 50mW Interior (20dB) -> 0.5W -> 5W

53 Principios de Propagación (27)

54 Principios de Propagación (28)

55 Principios de Propagación (29)

56 Principios de Propagación (30)

57 Principios de Propagación (31)

58 Principios de Propagación (32) Onda de superficie

59 Principios de Propagación (33)

60 Principios de Propagación (34) Onda de espacio

61 Principios de Propagación (36) Onda de espacio (2)

62 Principios de Propagación (37) Onda de espacio (3)

63 Principios de Propagación (38) Onda de espacio (4)

64 Principios de Propagación (39)

65 Principios de Propagación (40)

66 Principios de Propagación (41)

67 Principios de Propagación (42)

68 Principios de Propagación (43)

69 Principios de Propagación (44)

70 Principios de Propagación (45)

71 Principios de Propagación (46)

72 Principios de Propagación (47)

73 Principios de Propagación (48)

74 Principios de Propagación (49)

75 Principios de Propagación (50)

76 Evolución de los modelos de predicción de la perdida básica de propagación. Clásicos Curvas del CCIR (60s), áreas rurales y grandes zonas de cobertura sin reutilización de frecuencias. Abacos de Bullington. Los Modelos Empíricos Okumura, Lee, Egli, Longley-Rice, Hata, Cost 231(Walfisch, Ikegami). Los Modelos Determinísticos, Los Modelos Semideterminísticos. Durkin. Entornos Microcelulares(GTD, Teoría Geométrica de la Difracción) Modelos bidimensionales y tridimensionales.

77 Evolución de los modelos de predicción de la perdida básica de propagación. (2) Modelo de propagación de tierra plana. Distancias cortas. (d<20km) Influencia del terreno. Difracción en la troposfera. Representación de perfiles. Zonas de sombra y visibilidad Difracción en obstáculos Obstáculo aislado. (agudo, redondeado) Dos obstáculos aislados (EMP, Wilkerson, Epstein Peterson) Múltiples obstáculos.

78 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación Introducción. En radiocomunicaciones zonales, de punto a zona, existe en general, una gran variabilidad de los trayectos. Analisis de perfiles a través de radiales. Terrenos muy irregulares o de tipo urbano, donde es difícil el modelado de obstáculos. Procedimientos empíricos para determinar las perdidas o el nivel de intensidad de campo. Amplias campañas de mediciones y una posterior correlación de las medidas con características generales del medio de propagación.

79 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(2) Introducción(2). Los métodos empíricos proporcionan una estimación rápida de la perdida básica de propagación o de la intensidad de campo. Utilización sencilla y rápida, pero su exactitud no es muy buena. El error cuadrático medio del error entre el valor estimado por uno de estos métodos y el valor medido puede ser del orden de 10 a 14 db.

80 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(3) Modelo ITU-R. Está basado en el Modelo de Bullington, predice la intensidad de campo E en función de la rugosidad de terreno, la frecuencia de operación, la altura de antenas, pero es muy restringido en rango de frecuencias.

81 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(4) Método de Lee Se basa en el modelo de tierra plana y mediciones experimentales (EE UU). Gráficas nivel de potencia (dbm). Entornos suburbanos y urbanos (tres ciudades típicas). Frecuencia (850 MHz).

82 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(5) Método de Lee (2) Parámetros de referencia. Altura de la antena de transmisión Altura de la antena de recepción Potencia de transmisión Ganancia de antena de transmisión Ganancia de antena de recepción Frecuencia h t =100pies (30,5m) h r =10pies (3m) P t =10W(40dBm) G td =4(6dBd) G rd =1(0dBd) f=900 MHz

83 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(6) Método de Lee (3) Factores de corrección (otras condiciones). 2 ht hr pt gtd grd 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 30, Factor global de corrección. n h 10m n 2 r h 3m n 1 r

84 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(7) Método de Lee (4) Zona suburbana dbm d Km n f P 53,9 38, 4log log / log r 0 Zona urbana (Filadelfia) dbm d Km n f P 62,5 36,8log log / log r 0 Zona urbana (Newark) dbm d Km n f P 55, 2 43,1log log / log r 0 Zona urbana (Tokyo) dbm d Km n f P 77,8 30,5log log / log r 0

85 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(8) Método de Lee (5) El exponente n del termino de frecuencia, varía según el entorno y la frecuencia, así: n=2 para f<450mhz y zona suburbana. n=3 para f>450mhz y zona urbana.

86 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(9) Método de Okumura-Hata Medidas de campo en Tokio (Japón). Okumura obtuvo unas curvas estándar de propagación. Valores de intensidad de campo Medios urbanos. Diferentes alturas efectivas de antena en BS. Banda: 150, 450 y 900 MHz. PRA=1KW. Altura de antena de recepción:1.5m.

87 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(10) Método de Okumura-Hata(2) Correcciones Efectos de ondulación (Δh). Pendiente y heterogeneidad del terreno (trayectos mixtos tierra mar). Presencia de obstáculos significativos. Altura de antena receptora. Potencia radiada aparente. Orientación de calles y densidad de edificación.

88 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(11) Método de Okumura-Hata(3) Hata realizó las expresiones numéricas. Perdida básica de propagación, L b, para medios urbanos, suburbanos y rurales. La formula de Hata, L b en entorno urbano y referencia para los otros entornos de propagación: L 69,55 26, 26log f 13,82log h a h 44,9 6,55log h log d b t m t

89 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(12) Método de Okumura-Hata(4) Donde: f: frecuencia (MHz), 150MHz<=f<=1500MHz. h t : altura efectiva de la antena transmisora (m), 30m<=h t <=200m. h m : altura sobre el suelo de la antena receptora (m), 1m<=h m <=10m. d: distancia(km), 1Km <=d<=20km. a(h m ): corrección por altura h m Perdida básica de propagación sin tener en cuenta el efecto del entorno alrededor del receptor.

90 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(13) Método de Okumura-Hata(5) Nivel medio del terreno: 1 c c h x x ih1 i i1 1 d ik 2 m i i d2 1 Altura efectiva de la antena: Donde: x i abscisas del perfil (distancias). c i las cotas respectivas. x k =d 1 x h =d 2 h h c h t 0 0 m Donde: h 0 altura sobre el suelo. c 0 cota del terreno en el pie del mástil de la antena. En medios urbanos (ciudades) con poco desnivel h t =h 0.

91 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(14) Método de Okumura-Hata(6) a(h m ), corrección que depende de la altura de la antena del móvil. a(h m ) =0 para h m =1,5m Para otras alturas depende del tipo de ciudad. Ciudad media-pequeña a h 1,1 log f 0,7 h 1,56log f 0,8 m El error cometido con esta aproximación, aumenta con la frecuencia y es igual a 1dB aproximadamente para 1500MHz. El error mayor se produce para alturas de 4m a 5m m

92 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(15) Método de Okumura-Hata(7) Ciudad grande a h 8, 29 log1,54 h 1,1 f 200MHz m m a h 3, 2 log11, 75h 4,97 f 400MHz m m El error es máximo para frecuencias bajas y alturas superiores a 5m donde puede llegar a valer 1dB. 2 2

93 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(16) Método de Okumura-Hata(8) Si receptor en zona suburbana, caracterizada por edificaciones de baja altura y calles relativamente anchas, la atenuación es: 2 Lbs Lb 2log f / 28 5,4 Si el receptor se encuentra en una zona rural, abierta, sin obstrucciones en su entorno inmediato, se tiene: 2 L L 4,78 log f 18,33log f 40,94 br b

94 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(17) Método de Okumura-Hata(9) La formula de Hata no tiene en cuenta la influencia de la ondulación del terreno, ni los efectos derivados del grado de urbanización. La formula original de Hata solo es valida para f<=1500mhz. Europa sistemas operando en 1800MHz (DECT, DCS-1800) COST 231. Extensión sobre la formula Hata.

95 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(18) Método de Okumura-Hata(10)

96 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(19) Método de Okumura-Hata(11)

97 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(20) Método de Okumura-Hata(12) COST 231-Hata L 46,3 33,9log f 13,82log h a h b t m 44,9 6,55log h log d c C m =0dB. Ciudad de tipo medio y áreas suburbanas con densidad de árbol moderada. C m =3dB. Grandes centros metropolitanos. 1500MHz<=f<=2000MHz. 30m<=h t <=200m. 1m<=h m <=10m. 1Km <=d <=20Km. t m

98 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(21)

99 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(20) Método de Ikegami. Modelo para el calculo de la potencia media en zona urbana. Modelo basado en teoría de rayos y óptica geométrica. Estructura ideal de la ciudad, alturas uniformes de los edificios, tiene en cuenta orientación de las calles y altura de la estación móvil. Rayos principales y secundarios. (multitrayecto). Altura de la antena transmisora es alta (solo influyen edificios cercanos).

100 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(21) Método de Ikegami (2). Componentes dominantes las que solo han tenido una difracción y una sola reflexión

101 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(22) Método de Ikegami.(3) Suposiciones: El tejado del edificio que produce difracción tiene visibilidad directa con la antena transmisora. Se desprecia la posible reflexión en el suelo.

102 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(23) Metodo Ikegami (4)

103 Metodo Ikegami (5) Donde: Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(24) E 1 y E 2. campos debidos a la onda difractada y reflejada, respectivamente. H. Altura del edificio en el que se produce difracción. h r. Altura de la antena receptora. W. Ancho de la calle donde esta situado el receptor. w. Distancia desde el receptor al edificio donde se produce la difracción. Φ. Angulo formado por el rayo incidente y la dirección de la calle. d. Distancia. l r. Parámetro que depende del coeficiente de reflexión en la fachada de los edificios. Valores típicos 2 (VHF) y 3,2 (UHF).

104 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(25) Metodo Ikegami (6) Si e 0 representa la intensidad de campo en condiciones de espacio libre, el valor medio de intensidad de campo es: e 0,255 e 0 w 2W w 2 lr 2 H hr sen En general, el valor de intensidad media varía muy poco según el ancho de la calle. Entonces: e 0, W 1 e l H h sen r r

105 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(25) Metodo Ikegami (6) En forma logarítmica. 3 E E0 5,8 10log 1 10log W 20log H h 2 lr 10log f Aplicando: b 10log sen Donde: H, h r. y W están en metros. f en MHz. E en dbu. E0 dbu 77 PRA( dbw ) 20log d Km L ( db) PRA dbm E dbu 20log f MHz 79,4 r

106 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(26) Metodo Ikegami (7) 3 Lb ( db) 26, 25 30log f 20log d 10log 1 10logW 2 lr 20log H h 10log sen r El modelo Ikegami, proporciona en general buenos resultados de predicción cuando la altura de la antena de transmisión es grande. Solo influyen los edificios cercanos al móvil.

107 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(27)

108 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(28) Método de Walfish-Bertoni Tiene en cuenta la influencia del conjunto de edificios (No Ikegami). Supone áreas con distribución uniforme de edificios altos, con bordes angulares y en filas casi paralelas. Altura de antena transmisora no muy elevada, por encima de edificios próximos. los edificios separados una distancia mucho menor a su altura.

109 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(29) Método de Walfish-Bertoni (2) El móvil no tiene línea de vista con el transmisor. Análisis de la reflexión, dispersión y difracción de la onda. Frecuencias 300 MHz a 3 GHz. Separación entre BS - MS de 200 m a 5 Km. Las pérdidas de propagación incluyen: pérdidas de espacio libre, pérdidas por propagación sobre edificios y pérdidas por difracción final (sobre la última azotea).

110 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(30) Método de Walfish-Bertoni (3)

111 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(31) Método de Walfish-Bertoni (4) Parámetros que caracterizan el entorno urbano: Altura de la antena de transmisión sobre los edificios próximos, H. Altura media de los edificios, h R. Altura de la antena móvil, h m. Separación entre edificios b. Distancia, d. Las perdidas básicas de propagación 2 d LdB 57,1 A log f 18log d 18log H 18log 1 17 H El último termino tiene en cuenta la curvatura de la tierra.

112 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(32) Método de Walfish-Bertoni (5) La influencia de los edificios esta incluida en el termino A(dB): 2 b hr h m R m A 5log h h 9log b 20log tan 2 b La pérdida total se obtendrá sumando a las pérdidas propuestas por el modelo y las perdidas de espacio libre. 2 d LdB 89,55 A 21log f 38log d 18log H 18log 1 17 H

113 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(33) Método COST-231 Combinación modelos Walfish e Ikegami. Aplicable a entornos: Celdas grandes y pequeñas. Antenas BS por encima de los tejados de edificios. Geometría similar al Walfish-Bertoni. Incluye ancho de la calle (W) y el ángulo de la calle con la dirección de propagación (Φ) (Modelo Ikegami). Microceldas. Antenas BS por debajo de los tejados de edificios. Guía de onda

114 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(34) Método COST-231(2)

115 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(34) Método COST-231(3)

116 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(35) Método COST-231(4)

117 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(33) Método COST-231 (2) Donde: L L L L b 0 rts msd L 0 =perdida de espacio libre. L rts =Perdidas por difracción y dispersión del tejado a la calle L rts. L 16,9 10logW 10log f 20log h L rts R ori hr hr hm Lori= perdidas debidas a la orientación de la calle.

118 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(34) Método COST-231 (3) L ori ,3571 ;0 35 2,5 0, ; , ;55 90 Si L rts <0 L rts =0 Si L msd <0 L msd =0 Si Δh B <0 L bsh =0 0 0 L L K K log d k log f 9log b msd bsh a d f L 18log 1 h ; h h h bsh B B B R

119 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(35) Método COST-231 (4) K a y K d pueden ser obtenidas a partir de: k d 18; hb 0 hb ; hb 0 hr 54; hb 0 ka 54 0,8 hb ; hb 0 y d 0,5 54 1, 6 hbd; hb 0 y d 0,5 Ka representa el incremento de pérdidas de propagación en el caso de que las antenas de la estación base estén por debajo de los tejados de los edificios adyacentes

120 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(36) Método COST-231 (5) K f Ciudades de tamaño medio y centros suburbanos con densidad moderada de vegetación. f 4 0, Grandes centros metropolitanos. k f f k f 4 1, K d y K f ajustan la dependencia de la difracción en función de la distancia y la frecuencia.

121 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(37) Método COST-231 (6) Si los datos de edificios y calles son desconocidos. Altura de los edificios h R =3*número de pisos. Separación entre edificios b=20-50m. Anchura de la calle W=b/2. Orientación de la calle con respecto al rayo directo de propagación Φ=90. El modelo ha sido validado para frecuencias en 900MHz y 1800 MHz y distancias desde 10m a 3Km. La exactitud en la predicción es aceptable cuando h B >h R.

122 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(37) Método COST-231 (6) Si h B <<h R. El error de predicción es mayor. Modos de propagación (efecto guía de onda en las calles, difracción en esquinas). B, W y Φ no presentan un significado físico en microceldas, por lo tanto el error puede ser bastante considerable. Cuando desde la antena de la estación base hay visibilidad a lo largo de una calle (guía de onda). L 42,6 26log d Km 20log f MHz ; d 20m b

123 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(38) Método de Sakagami-Kuboi (SK) Desarrollado en Japón. Aplicación para entornos urbanos. Requiere información muy detallada del entorno móvil. Frecuencias entre 900MHz y 1800MHz.

124 Método de Sakagami-Kuboi (2) Donde: Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(39) L 100 7,1logW 0, 023 1, 4 log h 6,1log H b h 24,37 3, 7 H log hb 43, 2 3,1log hb log d b0 20log f W: ancho de la calle donde encuentra el móvil (5 a 50m). Φ: ángulo entre la dirección móvil-base y el eje de la calle (0-90 ) H s : altura de los edificios próximos al móvil (5-80m). <H>: altura media de los edificios alrededor del punto de recepción (5-50m). H b : altura de la antena de estación base respecto del punto de recepción (20-100m). H b0 : altura de la antena de estación base sobre el suelo (m). H: altura media de los edificios alrededor de la estación base (H<= H b0 ). D: distancia estación base-móvil (0,5-10Km) f : frecuencia ( MHz) s

125 Métodos Empíricos de Predicción de Propagación(40) Modelo Longley-Rice Modela obstáculos lejanos como filo de cuchillo y los cercanos como cilindros. Tiene en cuenta: Rugosidad del terreno h. Frecuencia de operación de 20 MHz a 40 GHz. altura de antenas de 0.5 a 3000 m, Distancia de separación entre ellas de 1 a 2000 Km. Es muy útil para sistemas de radiocomunicaciones móviles y de difusión. Lo único que lo hace poco accesible por cualquier usuario es que requiere de fuentes confiables de información de mapas digitalizados con aceptable resolución.

126 Métodos Semi-Empíricos de Predicción de Propagación Modelo Durkin Considera tres condiciones de trayecto posibles: con Línea de vista, con Línea de vista parcial (zona Fresnel obstruida), y sin línea de vista. Necesita datos geográficos del terreno. Si las obstrucciones son varias las reduce a una por el método de Bullington.

127 Métodos de Predicción de Propagación

128 Métodos de Predicción de Propagación (2)

129 Métodos de Predicción de Propagación (3)

130 Métodos de Predicción de Propagación (4)

131 Métodos de Predicción de Propagación (4)

132 Métodos de Predicción de Propagación (5)

133 Métodos de Predicción de Propagación (6)

134 Métodos de Predicción de Propagación (7) Predicción en macroceldas a 450MHz.

135 Métodos de Predicción de Propagación (7) Predicción en Munich

136 Métodos de Predicción de Propagación (8) Modelos Microcelulares Cobertura reducida Requieren condición de línea de vista entre Tx y Rx. Los fenómenos importantes a tener en cuenta son: la reflexión en el suelo, sobre los edificios u otros obstáculos. Sobre los obstáculos cercanos al móvil es muy probable la difracción dependiendo de la frecuencia puede presentarse dispersión. En este entorno se utilizan modelos tridimensionales Incluyen parámetros adicionales, modelos digitales. Los modelos tridimensionales: Técnica de trazado de rayos (Ray Tracing) Su precisión se basa en el número de componentes o rayos que se consideren. Asumen que la altura de la antena transmisora está por encima de los edificios.

137 Métodos de Predicción de Propagación (9)

138 Métodos de Predicción de Propagación (10)

139 Métodos de Predicción de Propagación (11) Modelos Picocelulares. Su cobertura es más restringida. Por condiciones de propagación y frecuencia de operación normalmente requieren condición de línea de vista. se dividen en dos tipos: con línea de vista y obstruido. Se consideran para propagación en interiores de edificios, oficinas, industria o centros comerciales. Su modelado hace consideraciones de absorción en función del tipo de material de construcciones.

140 Métodos de Predicción de Propagación (12) Modelos Picocelulares(2) La técnica más conocida Ray Tracing, que analiza individualmente cada rayo lanzado desde el Tx. Pérdidas por división en el mismo piso, (Hard partitions y Soft partitions) para todo tipo de material presente se tiene tabuladas las pérdidas que producen sobre la señal. Pérdidas entre pisos, según el tipo de material separador entre pisos y sus dimensiones (tablas de atenuación disponibles (13 a 34 db típicos)), con respecto a otros edificios se tiene en cuenta la posición de las ventanas, sus dimensiones y el número de ellas, y Pérdidas ocasionadas por el movimiento de objetos o de las personas.

141 Métodos de Predicción de Propagación (13) Modelos Picocelulares(3) Modelos empíricos. Modelos deterministico. El Modelo probabilístico/estadístico.

142 Métodos de Predicción de Propagación (14) Modelos Picocelulares(4)

143 Métodos de Predicción de Propagación (15) Modelos Picocelulares(5)

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