propagación modalidades

Modalidades PropagaciónABRIL 2013 www.saia.uft.edu.ve Radiopropagación

UITNormativas

Expertos Hablan

Autores:

Andrés Rodríguez

Asqueling Deboff

28 Enero 2013 Radiopropagación Páginas 1-2

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UIT -ITU Unión internacional de Telecomunicaciones

Visión General

La UIT es el organismo especializado de las Naciones Unidas para las tecnologías de la información y la comunicación – TIC.

Atribuimos el espectro radioeléctrico y las órbitas de satélite a escala mundial, elaboramos normas técnicas que garantizan la interconexión continua de las redes y las tecnologías, y nos esforzamos por mejorar el acceso a las TIC de las comunidades insuficientemente atendidas de todo el mundo.

La UIT está comprometida para conectar a toda la población mundial –dondequiera que viva y cualesquiera que sean los medios de que disponga. Por medio de nuestra labor, protegemos y apoyamos el derecho fundamental de todos a comunicar. Hoy en día, todo lo que hacemos se sustenta en las TIC. Nos ayudan a organizar y a controlar los servicios de emergencia, el abastecimiento de agua, las redes eléctricas y las cadenas de distribución de alimentos. Se utilizan como soporte para la atención médica, la enseñanza, los servicios públicos, los mercados financieros, las redes de transporte y la gestión medioam-biental. Y permiten a la gente comunicarse en todo momento y casi desde cualquier lugar con sus colegas, amigos y familiares.Con ayuda de nuestros miembros la UIT pone las ventajas de las tecnologías modernas de la comunicación al alcance de todos de manera eficaz, segura, asequible y sin complicaciones.

Los miembros de la UIT representan el “Quién es quién” en el sector de las TIC. Somos un organismo peculiar dentro del sistema de las Naciones Unidas, al contar con miembros tanto del sector público como del sector privado. Así, además de nuestros 193 Estados Miembros, en la UIT tienen la condición de miembros organismos reguladores de las TIC, instituciones académicas señeras y unas 700 empresas privadas.

En un mundo cada vez más interconectado, la UIT es la única organización de alcance mundial que reúne a todos los actores de este sector dinámico y de rápido crecimiento.


“Propagación de las Ondas”

SadLas ondas tienen diversos recorridos que deben atravesar en el ambiente en el que vivimos, por lo que algunos medios físicos del ambiente pueden presentar características favorables o desfavorables para ciertos tipos de frecuencias que se deseen propagar, las ondas a diferentes frecuencias tienen

características que las hacen notables en ciertos usos, que a través de los años se ha estudiado sus formas de propagación y el mejor uso de las mismas, como algunos ejemplos que se ve en la imagen de abajo.

El papel fundamental que juega la transmisión de ondas de radio es lo que caracteríza los diferentes tipos de propagación en las telecomunicaciones, “Tipos de propagación La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos:

--Superficial-- Troposférica-- Ionosférica-- Línea de vista -- Espacio

La tecnología de radio considera que la tierra está rodeada por dos capas de atmósfera: la troposfera y la ionosfera. La troposfera es la poción de la atmósfera que se extiende hasta aproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en terminología de radio, la troposfera incluye una capa de máx-ima altitud denominada estratosfera) y contiene aquello en lo que nosotros generalmente pensamos como el aire. Las nubes, el viento, las variaciones de temperatura y el clima en general ocurren en la troposfera, al igual que los viajes en avión. La ionosfera es la capa de la atmósfera por encima de la troposfera pero por debajo del espacio. Esta mas allá de lo que nosotros denominamos atmósfera y contiene partícu-las libres cargadas eléctricamente (de aquí el nombre).

Propagación en superficie. En la propagación en superficie, la ondas de radio viajan a través de la porción mas baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias mas bajas, las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura de la tierra. La distan-cia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia mayor es la distancia. La propagación


La tecnología de radio considera que la tierra está rodeada por dos capas de atmósfera: la troposfera y la ionosfera. La troposfera es la poción de la atmósfera que se extiende hasta aproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en terminología de radio, la troposfera incluye una capa de máx-ima altitud denominada estratosfera) y contiene aquello en lo que nosotros generalmente pensamos como el aire. Las nubes, el viento, las variaciones de temperatura y el clima en general ocurren en la troposfera, al igual que los viajes en avión. La ionosfera es la capa de la atmósfera por encima de la troposfera pero por debajo del espacio. Esta mas allá de lo que nosotros denominamos atmósfera y contiene partícu-las libres cargadas eléctricamente (de aquí el nombre).

Propagación en superficie. En la propagación en superficie, la ondas de radio viajan a través de la porción mas baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias mas bajas, las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura de la tierra. La distan-cia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia mayor es la distancia. La propagación

La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua del mar.

Propagación troposferica. La propagación troposferica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (visión directa) ó se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las ante-nas. El segundo método permite cubrir distancias mayores.

Propagación Ionosférica. En la Propagación Ionosférica, las ondas de radio de más alta frecuencia se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

Propagación por visión directa. En la Propagación por visión directa, se trasmite señales de muy alta frecuencia directa-mente de antena a antena, siguiendo una línea recta. Las

antenas deben ser direccionales, estando enfrentadas entre si, y/o bien están suficientemente altas ó suficiente-mente juntas para no verse afectadas por la curvatura de la tierra. La propagación por visión directa es compleja porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar comple-tamente. Las ondas emanan hacia arriba y hacia abajo así como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o partes de la atmósfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora mas tarde que la porción directa de la transmisión puede corromper la señal recibida.

Propagación por el espacio. La Propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélites en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un saté-lite situado en órbita, que la reenvía devuelta a la tierra para el receptor adecuado. La transmisión vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa como un inter-mediario. La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de súper alta ganancia e incremente enorme-mente la distancia que puede ser cubierta por una señal.


Recomendaciones UIT-ITU paraModos de propagación ionosféricas , troposféricas y de superficiePara lo que se ha hablado en artículos anteriores , la UIT tiene diversas recomendaciones internacionales en relacion a los Modos de Propagacion de las ondas (superficies, troposfericas , ionosfericas).

La recomendación UIT-R P.1321 titulada “FACTORES DE PROPAGACIÓN QUE AFECTAN A LOS SISTEMAS CONTÉCNICAS DE MODULACIÓN DIGITAL EN ONDAS KILOMÉTRICAS Y HECTOMÉTRICAS”

La radiodifusión de esta reco-mendación habla de que estas se basan en ondas de superficie y que La mayoría de los servi-cios de radiodifusión que utilizan bandas de ondas kilométricas y hectométricas se basan en las características del modo de propa-gación de las ondas de superficie (véase la Recomendación UIT-R P.368). El margen de cobertura, en horario diurno y sin interferencias, está limitado por la intensidad de ruido radioeléctrico, descargas

atmosféricas y actividades huma-nas, (véase la Recomendación UIT-R P.372), así como por la relación señal/ruido requerida. En horario vespertino y nocturno, adquieren importancia los modos de onda ion-osférica, (véase la Recomendación UIT R P.1147). Para la modulación de amplitud analógica dichos modos limitan la cobertura, ya que la inter-ferencia de onda entre la onda de superficie y los modos de onda ion-osférica, que son variables y sufren retardos de fase, da por resultado una calidad de señal insatisfactoria. Las señales de onda ionosférica que provienen de otras transmisiones distantes pueden agregar también importantes interferencias noctur-nas, limitando probablemente la cobertura del servicio a las bandas en las que la onda de superficie proporciona una señal suficiente-mente intensa. No se consideran en el presente Anexo los aspectos de interferencia producida por otras señales.Los métodos de modulación digital

pueden verse afectados también por la presencia de modos de señal con retardo, pero un diagrama de modulación adecuado puede neu-tralizar o incluso aprovechar dicho efecto. Este Anexo presenta algu-nos modelos sumamente sencillos para este ámbito de trayectos múltiples y que, según se espera, convendrán al diseño de métodos de modulación. Según qué método de modulación se escoja, pueden requerirse métodos de predicción más detallados para cumplir con las tareas de planificación del servicio.

“UIT-R P.368 Curvas de propa-gación por onda de superficie para frecuencias comprendidas entre 10 kHz y 30 MHz“UIT-R P.372 Ruido radioeléctricoUIT Predicción de la intensidad de campo de la onda ionosférica en frecuencias comprendidas entre 150 y 1700 kHz aproximadamente”


Modos de propagación

Modo de onda de superficie

La onda de superficie es en principio constante y no presenta modificaciones importantes en el tiempo o según la variabilidad de la atmósfera. Como se indica en la Recomendación UIT R P.368, la amplitud de la señal depende de la distancia y de las características eléctricas de la superficie.

Modos de onda ionosférica

En horario diurno, la atenuación de la señal en la parte inferior o región D de la ionosfera impide efectivamente la propagación de las ondas ionosféricas. En este Anexo, la atención se concentra en las condiciones noc-turnas, en que la propagación de ondas ionosféricas puede ser importante.

La capa E de la ionosfera se desintegra después de la puesta del sol, pero la frecuencia crítica, foE, se encontrará en la banda de radiodifusión de ondas hectométricas al menos durante cierto tiempo en las primeras horas de la noche. Las señales en frecuen-cias inferiores a la frecuencia crítica serán reflejadas

siempre por la capa E y se admitirán también reflex-iones múltiples. Las señales en frecuencias mayores quizás continúen reflejándose en la capa E, alcanzando particularmente distancias mayores, pero algunas señales atravesarán la capa E para reflejarse en la región F superior. Aplicando un modelo sencillo para la capa E, la Fig. 1 ilustra los modos disponibles de señal para tres frecuencias en la banda de ondas hectométri-cas, indicando cómo la disponibilidad de modos varía con la extensión de la superficie y a lo largo del tiempo después de la puesta del sol. Estos modos sufrirán retardos temporales respecto del modo de onda de superficie.

La Recomendación UIT-R P.1147 proporciona predic-ciones relativas a la potencia de señal compuesta para los modos disponibles de ondas ionosféricas, por lo que no contiene la información necesaria sobre las amplitudes relativas de los distintos modos. En cam-bio, la Recomendación UIT-R P.684 sí suministra la información, aunque en primera instancia concebida para frecuencias inferiores a 500 kHz. Indica en par-ticular valores del coeficiente de reflexión ionosférica bajo condiciones de manchas solares mínimas según resultados experimentales y aplicando determinadas hipótesis contenidas en dicha Recomendación.

Figura 1. Modelos de propagación Disponible


Dispersión en el tiempo por trayectos múltiples

Aplicando los sencillos modelos de propagación arriba mencionados, la Fig. 2 indica los valores medios espe-rados de intensidad de campo y los retardos relativos en el tiempo correspondientes a tres extensiones, 100, 200 y 500 km, y a dos frecuencias, 700 kHz y 1 MHz. Las intensidades de campo corresponden a 1 kW p.i.r.e. y no consideran el efecto del diagrama de radiación vertical de la antena transmisora, el cual podría reducir el nivel de las señales de las ondas ionosféricas a distancias más cortas.

El modo que se muestra a 0 ms corresponde a la onda de superficie y se presentan intensidades de campo para tres valores de conductividad de la superficie, 5 S/m (mares), 10–2 (superficie de buena calidad) y 10–3 (superficie de baja calidad).

Los componentes correspondientes a las ondas ionosféri-cas están marcados con el modo correspondiente y los niveles representan aproximadamente las intensidades medianas de campo registradas cuatro horas después de la puesta del sol bajo condiciones de manchas solares mínimas.

La Fig. 3 indica el retardo de los modos de propagación de ondas ionosféricas con un solo salto en las regiones E y F respecto de la onda de superficie para distancias mayores de 1 000 km, mientras que la Fig. 4 proporciona los retar-dos relativos entre los modos de onda ionosférica con una

reflexión o con reflexiones múltiples.

La gama de las distancias para las cuales las amplitudes rel-ativas a la señal de onda de superficie y de onda ionosférica son similares es de especial interés, puesto que el des-vanecimiento presente en dicha zona es particularmente severo. Se ha denominado «zona de desvanecimiento oscuro» y suele indicar el límite del alcance de una radiodi-fusión de buena calidad en ondas hectométricas.

Figura 3. Retardo relativo de una señal de onda ionosferica respecto de una señal de onda de superficie


üüü

60

40

20

0

(dB

(µV

/m))

100 km

(ms)0 1 2 3

5

10–3

G

1E

2E

(ms)0 1 2 3 4 5

5

10–3

G

1F

2F

3F

10–2

3E

10–2

60

40

20

0

200 km

(ms)0 1 2 3

5

10–3

G

1E

2E

(ms)0 1 2 3 4 5

5

10–3

G

1F

2F

3F

10–2

3E

10–2

(dB

(µV

/m))

500 km

(ms)0 1 2 3

60

40

20

0

5

10–2

G 1E

2E

700 kHz

(ms)0 1 2 3 4 5

5

10–2

G 1E

2E

1 MHz

2F

3F

(dB

(µV

/m))

FIGURA 2Ejemplos de dispersión del retardo en el tiempoFigura 2. Ejemplos de dispersión del retardo en el tiempo


Variabilidad

Puede suponerse que el modo de onda de superficie no sufre desvanecimientos. Los modos de ondas ionosféricas registrarán a largo plazo variaciones de unas noches a otras, donde los valores medianos horarios presentan una distri-bución logarítmica normal con un margen semi-interdecilo que va de 3,5 a 9 dB. En el curso de una hora, el des-vanecimiento de los distintos modos presenta también una distribución logarítmica normal; se conocen pocos datos de mediciones, pero cabe suponer un valor típico de la desvi-ación en cerca de 3 dB. La frecuencia de desvanecimientos se cifra entre 10 y 30 desvanecimientos/hora.

El Apéndice 1 desarrolla la distribución de desvanecimiento de la señal para los casos en que se requiere conocer la amplitud compuesta de los modos de onda de superficie y de onda ionosférica, es decir, cuando los modos no pueden separarse en el sistema receptor.

El desplazamiento de frecuencia que se produce con los modos de propagación por onda ionosférica, debido al efecto Doppler sobre la reflexión en las capas ionosféricas en movimiento, será reducido.

Figura 4. Retardo recíproco de señales de onda inosférica para diferentes números de reflexiones en la ionosfera

Conclusiónes:

La amplitud de señal compuesta e, correspondiente a la combinación de una señal constante de onda de superficie y una señal de onda ionosférica de distribución logarítmica normal, se obtiene mediante la suma de potencias, tal como sigue:

en que ee y ei representan, respectivamente, los niveles de los componentes de onda de superficie y de onda ionos-férica, generalmente expresados en V/m.

La componente de onda ionosférica, ei, presenta una distribución logarítmica normal, tal como se describe en la Recomendación UIT R P.1057, ecuación (6). Para mayor comodidad se simula también la componente de onda de superficie con distribución logarítmica normal, y el resul-tado final se obtiene colocando su desviación típica en 0 dB.

La combinación de dos distribuciones logarítmicas nor-males resulta en otra distribución logarítmica normal en la que el nivel medio es la suma de los respectivos niveles medios (medidos en amplitud, no en decibelios) y la vari-anza es la suma de ambas varianzas.

Para una distribución logarítmica normal (véase la Recomendación UIT-R P.1057), las desviaciones media y típica de los niveles de señal (V/m) están dadas por: donde m representa el valor medio y el valor típico de la desviación de la distribución logarítmica normal.

Aplicando estas consideraciones es posible evaluar los parámetros correspondientes a una distribución combi-nada. El Cuadro 1 contiene ejemplos de resultados para los cuales la desviación típica del componente de onda ionos-férica de distribución logarítmica normal se fija en 3 dB.

UIT-R P.834

Efectos de la refracción troposférica sobre la propagación de las ondas radioeléctricas

Esta Recomendación presenta métodos para calcular los efectos de la refractividad a gran escala en la atmósfera, incluyendo la curvatura de los rayos, las capas de conduc-ción, el radio ficticio de la Tierra, los ángulos de elevación y de puntería aparente en los trayectos Tierra espacio y la longitud del trayecto radioeléctrico ficticio.

Se considera:

Que para la planificación de los enlaces terrenales y Tierra-espacio es necesario disponer de proced-imientos de cálculo para evaluar los efectos de la refractividad sobre las señales radioeléctricas.

Que se han establecido procedimientos para calcu-lar algunos efectos de la propagación sobre las señales radioeléctricas de los enlaces terrenales y Tierra-espacio,


La curvatura de los rayos

Las porciones inferiores no ionizadas de la atmósfera experimenta curvaturas debido al indice de refracción, por la curvatura de este rayo se considera positiva cuando se dirige hacia la superficie de la tierra y es independiente de la frecuencia

Características de la norma que resaltan:

Radio ficticio de la tierra

Índice de refracción modificado

Ángulo de puntería aparente en los trayectos oblicuos

Enfoque y desenfoque de una onda propagandose a través de la atmósfera

Longitud de trayecto del radio ficticio y sus variaciones

Propagación por capas de conducción

Ángulo máximo de propagación guiada para un conducto de superficie de gradiente

de coíndice constante sobre una Tierra esférica

Frecuencia mínima de propagación guiada para con-ductos radioeléctricos atmosféricos de gradiente de coíndice constante


Radioenlaces con modelo de tierra

plana

UPM Universidad Politécnica de Madrid

contribuyo con este artículo

Cuando la distancia es del orden de unas decenas de kilómetros, la Tierra se puede modelar

en muchas ocasiones como una superficie plana (d>>hT, hR ->

,hR

ψ→0, ρ→ -1) A gran distancia, también ocurre normalmente que <<BW-3dB, con lo que |Ed|= | Er| :


Fórmula dFórmula de Friis para tierra Plana

A gran distancia, más allá del punto A, cuando se cumple F

riis para Tierra plana

(independiente de la frecuencia)

- Para reducir pérdidas conviene trabajar con alturas lo

más altas posibles.

- La potencia decrece como 1/d4

- A veces surgen problemas de fading (se aplica

diversidad espacial en altura)

Variación del campo en altura

El campo total a nivel del suelo es nulo, El máximo se ajusta con la altura de la antena receptora.

UPM Universidad Politécnica de Madrid

contribuyo con este artículo


Propagación sobre la tierra plana -Reflexiones desde la superficei de la tierra resulta en interfer-encia de la señal del radar directo, con la señal reflejada de la superficie , que es el total del efecto de la propagación expre-sado por un factor |F|’4

-Coeficiente de reflexión de la superficie (Γ) determina las amplitudes de las señales relativas, que dependen de la suepr-ficie del materia, dureza, polarización, frecuencia. Cerca a 1 para un océano suave, cerca a 0 para tierra dura

-Fase relativa determinada por la diferencia del camino largo y cambio de fase en la reflexión, depende de la altura, rango y frecuencia


Dr. Robert M. O’Donnell

IEEE New Hampshire Section

Propagación a través de la atmósfera

En sistemas de radares

¿Sabías que ? IEEE (leído i-e-cubo en España e i-triple-e en Hispanoamérica) corresponde a las siglas de (Institute of Electrical and Electronics Engineers) en español Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas Con cerca de 400.000 miembros y voluntarios en 160 países,1 2 es la mayor asociación internacional sin ánimo de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, ingenieros en electrónica, científicos de la computación, ingenieros en informática, matemáticos aplicados, ingenieros en bio-médica, ingenieros en telecomunicación e ingenieros en Mecatrónica.

Asumir Γ = −1,R>>hR,hT>>hR

El camino reflejado, camino direccionado: Δ =2hR Sen θ

para un pequeño θ, Sen θ= hR+hT/R, Δ= 2hR hT/R

La diferencia de fase, al largo de la diferencia de camino es de φ=(2 π/ λ)(2hRhT/R)

La diferencia de fase total es de φ=(2 π/ λ)(2hRhT/R) + π Reflexión a la superficie


La suma de las dos señales, cada unidad de amplitud, pero con diferencia de fase

-El poder de radio de un camino es:

-Las dos caminos del radio de poder es

-La maxima ocurre cuando ( ) = ( 2n+1) π/2, minimo cuando ( )= n π

-Multicamino maximo y mínimo

Propagación de la tierra curva:

-Coeficiente de reflexión desde una tierra curva, es meno que la de la tierra plana

-Calculos de propagación con una tierra curva son un poco mas complicado, programas de com-

putadoras existen para desarrollar esta tarea dificil y tediosa.

-Para la tierra plana, con tierra curva la estructura ocurrira un lobulo.


MGC SmartLinkGSM, CDMA 3G/4G

Andrés Rodríguez, Asqueling Deboff

propagación modalidades

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