Caracterización del canal Móvil Banda estrecha

Transcripción

1 Caracterización del canal Móvil Banda estrecha Ing., PhD.

2 Evolución Histórica y Tipos de Modelos -Modelos Clásicos -1ª G. Métodos informatizados -2ª G. Métodos informatizados -Métodos Físicos y empíricos

3 Modelos Clásicos Utilizados hasta los años 60s Aplicables a: Propagación en áreas rurales Grandes zonas de cobertura sin reutilización de frecuencias Ejemplos: Abacos de Bullington Primeras curvas de propagación propuestas por CCIR Ambos son aplicables a Sistemas de radiodifusión y Sistemas móviles. Sólo habían modelos urbanos basados en medidas realizadas en E.U y Japón (Modelo de Okumura)

4 1ª Generación de Métodos Informatizados (I) Se inició su uso en los años 70s Para medios Rurales: Se obtienen datos de los perfiles del terreno a lo largo de radiales desde la estación base (mapas) Estos datos se introducen en los programas informáticos que modelan la propagación Se caracteriza el terreno mediante un parámetro de ondulación Se utilizan las alturas efectivas de las antenas como datos para programas basados en métodos empíricos (modelo de Egli y Longley, Método Rice)

5 1ª Generación de Métodos Informatizados (II) Para medios urbanos: El modelo más usado es el de Hata Modelo de Hata: Basado en Curvas de propagación de Okumura Aplicable a una amplia gama de frecuencias y alturas de estaciones Base y estaciones móviles. Es sencillo de aplicar y tiene buena exactitud. Otros modelos que mejoran el de Hata: Allsebrook y Parsons Ibrahim y Parsons Ikegami Walfisch-Bertoni

6 1ª. Generación métodos informatizados Okumura Hata Walfisch- Bertoni

7 2ª Generación de Métodos informatizados Zonas Rurales: Usan Bases de Datos del Terreno (BDT o GIS) Proporcionan resultados de cobertura que se imprimen sobre los propios mapas Zonas urbanas: Se emplean procedimientos semi-empíricos Usan BDT de ciudades Ejemplo COST 231

8 CellView Structure GEO RF DCCell (other aplications) ARC/INFO GIS GRID COGO TIN NETWORK (opt) Estación UNIX CELLVIEW CELLVIEW local ARCVIEW NETW. SPATIAL... ARCVIEW NETW. SPATIAL Desktop Terminal Desktop Terminal

9 Métodos Físicos y Empíricos Usados en entornos microcelulares y de interiores Los más destacados son los basados en la Teoría Geométrica de la Difracción (GTD) En GTD se requiere: Requieren gran volumen de información obtenida de las BDT detalladas de ciudades y planos de edificios Deben ser bastante precisos (si no lo son, los errores son del orden de una zona de cobertura)

10 Clasificación de las celdas Tipo de celda Rango del radio Cobertura Macrocelda 1.5Km-20Km Rural (carreteras, poblaciones cercanas) Miniceldas 0.7Km-1.5Km Urbana (medios urbanos importantes) Microceldas 0.3Km-0.7km Urbana (zonas de ciudades con elevada densidad de tráfico y penetración en interiores de edificios) Picoceldas 0,03Km-0.2Km (30m-200m) Urbana (Interiores: Aeropuertos,centros comerciales,etc)

11 Modelos de propagación Tipo de Modelo Modelo Observaciones Clásicos (Macroceldas) Primera Generación metodos Informatizados (Macroceldas, Miniceldas) Segunda Generación Métodos Informatizados (Macroceldas) Abacos de Bullington Primeras curvas del CCIR Okumura Egli Longley Rice Hata Allsebrook y Parsons Ibrahim y Parsons Ikegami Walfish- Bertoni Cost 231 Curvas Curvas Modelo con ondulación, obstáculos aislados y correcciones m.urb. Usan datos de 12 perfiles radiales del terreno, usan programas informáticos. Usan alturas efectivas de antenas. Medio Urbano, basado en curvas de Okumura, varias frecuencias y alturas de BS y móviles Basados en Hata y lo mejoran Zona Urbana Modelos para Microceldas (GTD) Lund Modelos LOS UIT-R 8/1 Berg Cost Walfish Ikegami Modelos NLOS Modelos Pico-celdas (GTD) Cost 231 Ambientes interiores, pocos UIT-R 8/1 trayectos LOS, muchos trayectos NLOS

12 Modelo de Propagación de Tierra Plana

13 Características Es aplicable a distancias cortas (k<20km) Se desprecia la curvatura de la tierra T h t RD RR R y y h r d P

14 Características Aproximadamente y=tg -1 [(h t +h r )/d] Pérdida básica de propagación (db): L b (db)= log h`t(m)-20log h`r(m) - 40 log d(km) Donde h t= (h t2 + h o2 ) 1\2 h r= (h r2 + h o2 ) 1\2 y h 0 es aproximadamente 0 para valores mayores a 150 Mhz.

15 Características Empíricamente, se ha encontrado que, en un terreno poco ondulado y en ciudades: L b =kd n Donde n depende de la altura de la antena de transmisión y varía en general entre 3 y 4 K es función de la altura de ambas antenas y de la frecuencia Además, la variación de la pérdida básica con la altura de la antena de recepción tiende a ser lineal para alturas menores de 3m (que es el caso de las comunicaciones móviles). Por tanto, la ecuación del modelo de tierra plana no es aplicable en un escenario real.

16 Características (II) Pero es una ecuación sencilla y se le pueden introducir factores de corrección para ajustarla a valores experimentales. Por esto se han desarrollado modelos empíricos para calcular L b y E con base en el modelo de tierra plana. Un ejemplo es el modelo de Egli: P r =P T G T G R (h 1 h 2 /d 2 ) 2 (40/f Mhz ) 2

17 Influencia del terreno en la propagación Los accidentes del terreno pueden interceptar el rayo de la onda produciendo una atenuación importante. La zona de visión directa de una antena es una buena primera aproximación de la cobertura radioeléctrica desde la antena. Para receptores móviles deben levantarse perfiles de trayecto para líneas radiales emanantes del transmisor separadas a grados entre sí.

18 Influencia del terreno en la propagación (II) En comunicaciones móviles los rayos viajan por la tropósfera (capa baja de la atmósfera) y sufren refracción por lo que la trayectoria del rayo es curvilínea. Por comodidad de dibujo, se modifica la curvatura de la tierra usando un radio ficticio de la tierra: R=kR 0 Donde k= 157/(157+DN) y DN es el gradiente de coíndice de refracción. La influencia de k es mayor cuanto más grande el trayecto, en comunicaciones móviles los trayectos son cortos y k=1 o k=4/3.

19 Zonas de Sombra y visibilidad En fases iniciales de la planeación, se hace un análisis previo de la visibilidad de la zona deseada desde la estación base. Si los puntos de interés quedan en un alto porcentaje en zona de sombra óptica, se rechaza la ubicación del estudio. T

20 Modelos de propagación con difracción en obstáculos Se idealiza la forma de éstos como: Arista aguda Arista gruesa y redondeada La predicción de pérdidas se efectúa por separado según se trate de: Obstáculos aislados Obstáculos múltiples

21 Pérdidas en Obstáculos aislados Se aplica a trayectos que, salvo esta obstrucción, son de visibilidad directa. Si h es el despejamiento: Hay pérdidas por difracción aunque el rayo pase por encima del obstáculo si -0.6R 1 < h < 0 o si h > 0 Para el cálculo de las pérdidas se sigue la recomendación UIT-R 526. Esta norma distingue dos casos: obstáculo agudo y redondeado.

22 a) Obstáculo agudo h: despejamiento T T h ) q>0 h d 1 d 2) q<0 R R q: Angulo de despejamiento d 1,d 2 : Distancias desde la punta del obstáculo a los extremos del enlace. El cálculo de la atenuación de difracción usa las integrales de Fresnel. Aproximación práctica UIT-R 526: L d (v)=6.9+20log([(v-0.1) 2 +1] 1/2 +v-0.1) Siendo v=2 1/2 h/r 1 donde R 1 es el radio de la primera zona de fresnel O también v=2.58x10-3 h(f*d/d 1 d 2 ) 1/2

23 b) Obstáculo redondeado T )q ) a b( R Atenuación total L t : L t =L d (v)+t(m,n) Z(0) z ht h z hr Z(d) Donde: L d (v)=6.9+20log([(v-0.1) 2 +1] 1/2 +v-0.1) 0 d ht x i x p x k d hr d Y T(m,n) es un parámetro que depende de La altura de las antenas, la altura de los Obstáculos y la frecuencia de transmisión.

24 Pérdidas por múltiples obstáculos T 0 1 O 2 R z 0 Z 1 Z 2 z 3 El cálculo riguroso es Complejo (doble integral De Fresnel). En la práctica se usan Métodos pseudo-empíricos Simples que dan una Aproximación suficiente Para las aplicaciones. 0 x 1 x 2 d

25 Pérdidas por múltiples obstáculos Método Situación Cálculo de las pérdidas EMP Wilkerson Epstein- Peterson El rayo no corta ningún obstáculo pero hay despejamiento insuficiente en ambos El rayo corta el segundo obstáculo y hay despejamiento insuficiente en el primero. El rayo corta los dos obstáculos La atenuación por difracción es la suma de las pérdidas por cada obstáculo por separado. La atenuación por difracción es igual a la pérdida producida por el O2 en el tramo completo TR más la pérdida debida al O1 en el tramo TO2 Se hace el cálculo de pérdida en tramo TO2 y luego la pérdida de O1 a R. Se suman y se agrega un factor de corrección