lecture 12 radioenlaces terrenales servicio fijo p3
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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
3I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
4I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
5I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
6I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
7I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
8I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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).
9I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
10I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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)
11I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Diversidad: Montaje mixto – Espacio/Frecuencia
¡¡¡Cuando la separación de frecuencia no sea suficiente!!!
12I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
13I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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,
14I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
15I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
16I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
(%)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
17I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
18I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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
19I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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.
20I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo