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Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Caracterización del canal Móvil Banda estrecha
Ing. Jhon Jairo Padilla AguilarDoctorando UPC
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Evolución Histórica y Tipos de Modelos
-Modelos Clásicos
-1ª G. Métodos informatizados
-2ª G. Métodos informatizados
-Métodos Físicos y empíricos
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Modelos Clásicos
Utilizados hasta los años 60sAplicables a:
Propagación en áreas ruralesGrandes zonas de cobertura sin reutilización de frecuencias
Ejemplos:Abacos de BullingtonPrimeras curvas de propagación propuestas por CCIRAmbos 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)
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
1ª Generación de Métodos Informatizados (I)
Se inició su uso en los años 70sPara 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 propagaciónSe caracteriza el terreno mediante un parámetro de ondulaciónSe utilizan las alturas efectivas de las antenas como datos para programas basados en métodos empíricos (modelo de Egli y Longley, Método Rice)
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
1ª Generación de Métodos Informatizados (II)
Para medios urbanos:El modelo más usado es el de HataModelo de Hata:
Basado en Curvas de propagación de OkumuraAplicable 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 ParsonsIbrahim y ParsonsIkegamiWalfisch-Bertoni
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
1ª. Generación métodos informatizados
Okumura Hata Walfisch- Bertoni
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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-empíricosUsan BDT de ciudadesEjemplo COST 231
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
EstaciEstacióónn UNIXUNIX
DCCellDCCell
ARC/INFO GISARC/INFO GISGRIDGRID COGOCOGO NETWORK (opt)NETWORK (opt)TINTIN
(other aplications)
...
ARCVIEWARCVIEW
CELLVIEWCELLVIEW
SPATIALSPATIALNETW.NETW.
Desktop TerminalDesktop Terminal
ARCVIEWARCVIEW
CELLVIEWCELLVIEW
SPATIALSPATIALNETW.NETW.
Desktop TerminalDesktop Terminal
GEO
RF
local
CellView Structure
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Métodos Físicos y EmpíricosUsados en entornos microcelulares y de interioresLos 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 edificiosDeben ser bastante precisos (si no lo son, los errores son del orden de una zona de cobertura)
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Clasificación de las celdas
Urbana (Interiores: Aeropuertos,centroscomerciales,etc)
0,03Km-0.2Km(30m-200m)
Picoceldas
Urbana (zonas de ciudades con elevada densidad de tráfico y penetración en interiores de edificios)
0.3Km-0.7kmMicroceldas
Urbana (medios urbanos importantes)
0.7Km-1.5KmMiniceldas
Rural (carreteras, poblaciones cercanas)
1.5Km-20KmMacrocelda
CoberturaRango del radioTipo de celda
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Modelos de propagación
UIT-R 8/1
Ambientes interiores, pocos trayectos LOS, muchos trayectos NLOS
Cost 231Modelos Pico-celdas (GTD)
Cost Walfish Ikegami
Modelos NLOSBerg
UIT-R 8/1
Modelos LOSLundModelos para Microceldas (GTD)
Zona UrbanaCost 231Segunda Generación Métodos Informatizados (Macroceldas)
Walfish- Bertoni
Ikegami
Ibrahim y Parsons
Basados en Hata y lo mejoranAllsebrook y Parsons
Medio Urbano, basado en curvas de Okumura, varias frecuencias y alturas de BS y móviles
Hata
Rice
Longley
Usan datos de 12 perfiles radiales del terreno, usan programas informáticos. Usan alturas efectivas de antenas.
EgliPrimera Generación metodosInformatizados (Macroceldas, Miniceldas)
Modelo con ondulación, obstáculos aislados y correcciones m.urb.
Okumura
CurvasPrimeras curvas del CCIR
CurvasAbacos de BullingtonClásicos(Macroceldas)
ObservacionesModeloTipo de Modelo
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Modelo de Propagación de Tierra Plana
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Características
Es aplicable a distancias cortas (k<20Km)Se desprecia la curvatura de la tierra
T
ht
RD
R
hr
RR
Pd
ψ ψ
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CaracterísticasAproximadamente ψ=tg-1[(ht+hr)/d]Pérdida básica de propagación (dB):
Lb(dB)=120 - 20 log h`t(m)-20log h`r(m) - 40 log d(km)
Donde h´t= (ht2 + ho
2)1\2
h´r= (hr2 + ho
2)1\2
y h0 es aproximadamente 0 para valores mayores a 150 Mhz.
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Características
Empíricamente, se ha encontrado que, en un terreno poco ondulado y en ciudades:
Lb=kdn
Donde n depende de la altura de la antena de transmisión y varía en general entre 3 y 4K es función de la altura de ambas antenas y de la frecuenciaAdemás, 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.
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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 Lb y E con base en el modelo de tierra plana.
Un ejemplo es el modelo de Egli:Pr=PTGTGR(h1h2/d2)2(40/fMhz)2
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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 radialesemanantes del transmisor separadas αgrados entre sí.
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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=kR0
Donde k= 157/(157+∆N) y ∆N 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.
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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
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Modelos de propagación con difracción en obstáculos
Se idealiza la forma de éstos como:Arista agudaArista gruesa y redondeada
La predicción de pérdidas se efectúa por separado según se trate de:
Obstáculos aisladosObstáculos múltiples
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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
-0.6R1 < h < 0o 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.
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a) Obstáculo agudo
h) θ>0
d1 d2
T R
T Rh
d1
d2) θ<0
h: despejamiento
θ: Angulo de despejamiento
d1,d2: 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:
Ld(v)=6.9+20log([(v-0.1)2+1]1/2+v-0.1)
Siendo v=21/2h/R1 donde R1 es el radio de la primera zona de fresnel
O también v=2.58x10-3h(f*d/d1d2)1/2
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b) Obstáculo redondeado
T R
h
0 dht xi xp xk dhr d
Z(0) Z(d)zht zhr
)θ) α β(
Atenuación total Lt:Lt=Ld(v)+T(m,n)
Donde:Ld(v)=6.9+20log([(v-0.1)2+1]1/2+v-0.1)
Y T(m,n) es un parámetro que depende deLa altura de las antenas, la altura de losObstáculos y la frecuencia de transmisión.
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Pérdidas por múltiples obstáculos
T
R
Z1 Z2
01O2
z0 z3
0 x1 x2 d
El cálculo riguroso esComplejo (doble integralDe Fresnel).En la práctica se usanMétodos pseudo-empíricosSimples que dan unaAproximación suficientePara las aplicaciones.
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Pérdidas por múltiples obstáculos
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
El rayo corta los dos obstáculosEpstein-
Peterson
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
El rayo corta el segundo obstáculo y hay despejamiento insuficiente en el primero.
Wilkerson
La atenuación por difracción es la suma de las pérdidas por cada obstáculo por separado.
El rayo no corta ningún obstáculo pero hay despejamiento insuficiente en ambos
EMP
Cálculo de las pérdidas
SituaciónMétodo