Caracterización del canal Móvil
Banda estrechaIng. Jhon Jairo Padilla Aguilar, PhD.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Evolución Histórica y Tipos de
Modelos
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
-Modelos Clásicos
-1ª G. Métodos informatizados
-2ª G. Métodos informatizados
-Métodos Físicos y empíricos
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)
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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)
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
1ª. Generación métodos informatizados
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Okumura Hata Walfisch- Bertoni
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
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Estación UNIX
DCCell
ARC/INFO GISGRID COGO NETWORK (opt)TIN
(other aplications)
...
ARCVIEW
CELLVIEW
SPATIALNETW.
Desktop Terminal
ARCVIEW
CELLVIEW
SPATIALNETW.
Desktop Terminal
GEO
RF
local
CellView Structure
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)
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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,centroscomerciales,etc)
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Modelos de propagación
Tipo de Modelo Modelo Observaciones
Clásicos
(Macroceldas)
Abacos de Bullington Curvas
Primeras curvas del CCIR Curvas
Okumura Modelo con ondulación, obstáculos aislados y correcciones m.urb.
Primera Generación metodos Informatizados (Macroceldas, Miniceldas)
Egli Usan datos de 12 perfiles radiales del terreno, usan programas informáticos. Usan alturas efectivas de antenas.
Longley
Rice
Hata Medio Urbano, basado en curvas de Okumura, varias frecuencias y alturas de BS y móviles
Allsebrook y Parsons Basados en Hata y lo mejoran
Ibrahim y Parsons
Ikegami
Walfish- Bertoni
Segunda Generación Métodos Informatizados (Macroceldas)
Cost 231 Zona Urbana
Modelos para Microceldas (GTD) Lund Modelos LOS
UIT-R 8/1
Berg Modelos NLOS
Cost Walfish Ikegami
Modelos Pico-celdas (GTD) Cost 231 Ambientes interiores, pocos trayectos LOS, muchos trayectos NLOS
UIT-R 8/1
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
Características
Es aplicable a distancias
cortas (k<20Km)
Se desprecia la curvatura
de la tierra
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
T
ht
RD
R
hr
RR
Pd
y y
Características
Aproximadamente y=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.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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 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.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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+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.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
T
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
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
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 < 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.
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
a) Obstáculo agudo
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
h
) q>0
T R
T Rh
d1
d2
) q<0
h: despejamiento
q: 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
b) Obstáculo redondeado
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
T R
h
0 dht xi xp xk dhr d
Z(0) Z(d)zht zhr
)q) a b(
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 de
La altura de las antenas, la altura de los
Obstáculos y la frecuencia de transmisión.
Pérdidas por múltiples obstáculos
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar
T
R
Z1 Z2
01O2
z0 z3
0 x1 x2 d
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.
Pérdidas por múltiples obstáculos
Método Situación Cálculo de las pérdidas
EMP El rayo no corta ningún obstáculo pero hay despejamiento insuficiente en ambos
La atenuación por difracción es la suma de las pérdidas por cada obstáculo por separado.
Wilkerson El rayo corta el segundo obstáculo y hay despejamiento insuficiente en el primero.
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
Epstein-Peterson
El rayo corta los dos 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
Comunicaciones móviles Jhon Jairo Padilla Aguilar