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Radiación y Radiocomunicación
4º Ingeniería de Telecomunicación
Tema 8: RADIOENLACES TERRENALES DEL SERVICIO FIJO
04 de marzo de 2008
Juan José Murillo Fuentes
BibliografíaBibliografía básica:
• Estas transparencias están basadas en el capítulo 5 del libro “Transmisión por radio” del prof. Hernándo Rábanos, ed. Ramón Areces 2003.
Bibliografía adicional:• “Radio system design for Telecommunications”, Roger L. Freeman.
Wiley scd ed.
© Copyright 2005. Si utiliza este material para generar algún otro cítelo comoJ.J. Murillo-Fuentes. “Radioenlaces terrenales del servicio fijo. Transparencias de la asignatura radiación y radiocomunicación.“ Universidad de Sevilla. 2005
Tema 8: RADIOENLACES TERRENALES DEL SERVICIO FIJO
Introducción8.1 Estructura general de un radioenlace8.2 Planes de frecuencias: bandas y asignación de frecuencias 8.3 Diagramas de bloques de equipos 8.4 Dispositivos de microondas y antenas8.5 Parámetros básicos de un radioenlace8.6 Anchura de banda8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo del enlace 8.8 Desvanecimiento multitrayecto8.9 Diversidad 8.10 Calidad y disponibilidad 8.11 Trayecto Digital Ficticio de Referencia para radioenlaces digitales 8.12 Calidad de radioenlaces digitales8.13 Interferencias 8.14 Protección de los radioenlacesRepaso Radio DigitalEjemplos y Equipos
Radiación y RadiocomunicaciónTema 8. RADIOENLACES TERRENALES DEL SERVICIO FIJO
Introducción
8.I Estructura general de un radioenlace: equipos, planes de frecuencias, antenas, parámetros básicos, ...
8.II Cálculo del enlace: Desvanecimiento multitrayecto y Diversidad
8.III Calidad y disponibilidad Trayecto Digital Ficticio de Referencia para radioenlaces digitales Calidad de radioenlaces digitales
8.IV Interferencias
8.V Protección de los radioenlaces
8.0 IntroducciónRadioenlace: a cualquier interconexión entre terminales de telecomunicación efectuada por ondas radioeléctricas.
• Terminales Fijos: radioenlaces del servicio fijoMóvil: sistemas o servicios móviles
• Situación de terminalesTodos en la tierra: radioenlaces terrenalesUno o más repetidores en satélite: radioenlace espacial o por satélite
Radioenlaces terrenales del servicio fijo: sistemas de radiocomunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de transmisión de información con unas características de disponibilidad y calidaddeterminadas.
8.0 IntroducciónFrecuencias: 2-50 GHz : enlaces de microondas.Sistemas modulados, con multiplexación.Radiocanal: pareja de portadoras ida y retorno. Se asocia a la idea de circuito de telecomunicación dúplex a 4 hilos.Clasificación atendiendo a la modulación de esta portadora
•• RadioenlacesRadioenlaces analógicos, analógicos, Modulación: FMSeñal moduladora: Múltiplex telefónico (hasta 2700 canales telefónicos), una Señal de Video (0 a 5 Mhz), una señal radiofónica FM
• Radioenlaces digitales, Modulación: B-PSK, 4-PSK, D-PSK, OQPSK, MQAM,...Señal moduladora
video, audio, datos,un múltiplex digital 64 Kbits/s ITU-T (antiguo CCITT), o múltiplex de orden superior PDH y SDH, Capacidad: baja hasta 2Mb/s, media hasta 8, alta si ≥ 34 Mbits/sg.
8.0 IntroducciónPropagación troposférica
• Repetidores• Vano: sección del enlace radioeléctrico entre un terminal y un repetidor, o
entre dos repetidores. Si f <10GHz, se despeja al menos un 60 % de la primera zona de Fresnel y en condiciones normales de refractividad atmosférica: límite ≈80 Km.Si f >10GHz, la atenuación por lluvia limita la distancia: límite≈30 KmEconómicamente, interesan vanos de la mayor longitud posiblePero, hay que tener en cuenta desvanecimiento es proporcional a d (Rec ITU 530)El problema: ¿Longitud óptima del vano?
Existen radioenlaces con propagación por dispersión troposférica: “radioenloaces transhorizonte”
• Allí donde los repetidores tengan una difícil colocación• Alcance de 200 Km• Problemas: elevadas potencias, grandes desvanecimientos: terminales caros.• Alternativa: radioenlaces por satélite.
8.0 IntroducciónAntenas muy directivas (relación delante-atrás) permiten
• Reutilización del mismo par de frecuencias en cada vanoLimitación de recursos espectrales:
• Planes estrictos de canalización: aumenta distorsión, ISI,...Solución: codificación, igualación.
Ventajas e inconvenientes de un radioenlace• Ventajas (no hay que poner el medio)
Inversión reducidaInstalación rápida y sencillaConservación más económica y de actuación rápidaSe superan bien las irregularidades del terreno
• Inconvenientes (acceso a emplazamientos elevados)Necesidad de visibilidad directaAcceso adecuado a repetidor, energía, ...La segregación de canales no es tan flexibleLinealidad en repetidoresAnchos de banda reducidos comparado con fib. óptica
8.1 Estructura general de un radioenlace¿Qué partes tiene un radioenlace?
¿Qué nomenclatura se utiliza para ellas?
¿Cuándo fallan?
¿Qué mecanismos se contemplan para hacer frente a fallos?
►Indice
[email protected] 8.10
8.1 Estructura general de un enlace
Rp1reflector
Rp2TA
TBVano 1 Vano 2 Vano 3
MVX
TR
Supervisión
R-TT-R
Supervisión
R-TT-R
Supervisión
RT
Supervisión
MVX
f1
f2
Terminal A Terminal B
!!
[email protected] 8.11
8.1 Equipos y elementos de reservaEstaciones terminales y estaciones repetidoras intermedias con sus equipos transceptores
• Transceptores (TRX): equipos transmisores-receptores en el mismo bastidor, compartiendo el mismo sistema radiante.
Las estaciones intermedias pueden ser • Estaciones nodales: se baja a banda base y se pueden extraer-introducir
canales (“drop-in”).
• Repetidores activos: se amplifica en FI y se reenvía• Repetidores pasivos: la señal se reenvía, en otra dirección, tal como ha
llegado. Son reflectores (espejos), back to back,...
Rp1
Nodo1TA
Sección de conmutación:Control, protección y supervisión
[email protected] 8.12
8.1 Equipos y elementos de reserva: Back-to-back
Radioenlace
Sector GSM
Co
pyr
igh
t ©
mu
ril
lo2
00
7
Típico en sistemas de señalización ferroviarios
Co
pyr
igh
t ©
mu
ril
lo2
00
7
[email protected] 8.13
8.1 Equipos y elementos de reservaSistema de comunicaciones “en serie”: un corte en un vano inutiliza el sistema completo.
• Y se exige una elevada disponibilidad:Redundancia
elementos de reserva: equipos (averías) y canalestécnicas de diversidad (desvanecimientos)
Sistemas de supervisiónElementos de reserva
• Equipos de “protección” o “reserva activa” (stand-by)• Sistemas “M+N”: M canales activos y N de reserva
Muy usuales sistemas 2+1 y 3+1.Conmutación
Por separado en cada sentidoautomática (sistemas de supervisión) o manual (mantenimiento).En FI (ciclo conmutación más breve) o en BB
• Utilizados por: degradación señal referencia, ruido elevado, BER alta.
[email protected] 8.14
8.1 Equipos y elementos de reservaSistemas de supervisión
• Canales de servicio: canales reservados para la comunicación entre personal de mantenimiento
• Telecontrol: obtener la máxima información sobre el posible estado del radioenlace en un momento determinado (estación no atendida ⇒ central)
• Telemando: envío de información a las estaciones no atendidas en permanencia (estación no atendida ⇐ central)
• Señales de control del sistema de conmutación
►Indice
[email protected] 8.15
8.2 Planes de frecuencias: Bandas y asignación¿Cómo asignar las distintas frecuencias de portadora en cada vano del enlace para cada radiocanal?
•¿Deben de tener alguna separación?
•¿Qué papel juegan las antenas?
•¿Y la polarización?
¿Qué es el plan de frecuencias?
¿Está regulado?
►Indice
[email protected] 8.16
El plan de frecuencias fija, entre otras cosas, las frecuencias de las portadoras (Tx-Rx) del radiocanal.Hay que tener en cuenta
• Pt-Pr ≈ 60 a 90 dB• Pueden existir acoplos• La directividad de las antenas en repetidores.
Plan a 2 frecuencias: una para cada sentido de la transmisión del vano.
• Hay posibilidad de interferencia hacia atrás y hacia adelante • Se cambia la polarización en cada vano
8.2 Planes de frecuencias: portadoras
f2
f1
f1
f2
f1
f2
atrásdelante
Frecuencias suficientemente separadas
H H V V H H
[email protected] 8.17
8.2 Bandas de frecuenciasEn el Reglamento de Radiocomunicaciones (2001, ITU-R) se asignan al servicio fijo las bandas: 2,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,18,23,27,31,38,55 GHz
http://www.itu.int/ITU-R/publications/publication.asp?product=rr2001&lang=s(previo pago) y
http://www.mityc.es/NR/rdonlyres/E322047D-8EBB-4A46-891F-6AE592606CC3/0/notasrr.pdf
Atendiendo a este Reglamento, el Cuadro Nacional de Asignación de Frecuencias (CNAF) elaborado por la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información (SETSI) -Antigua Secretaría General de Comunicaciones (SGC)- recoge los distintos usos de las bandas, y entre ellos los de los radioenlaces del servicio fijo.
http://www.mityc.es/Telecomunicaciones/Secciones/Espectro/cnaf/ (Ultimo: 2005)
Hoy día existe saturación por debajo de 10 GHz, y se han asignado nuevas bandas, por encima de los 17 GHz, hasta llegar a los 50 GHz
[email protected] 8.22
Ejemplo 2: CNAF, UN-85: ¿Qué son estas frecuencias?CNAF 2002: NOTAS UN - 85Banda de frecuencias 2400 a 2483,5 MHz.Estas frecuencias podrán ser utilizadas en redes de área local para la interconexión sin hilos entre ordenadores y/o terminales y dispositivos periféricos para aplicaciones en interior de edificios.La potencia total será inferior a 100 mW (PIRE). Otras condiciones de uso han de ser conforme a la Recomendación CEPT/ERC 70-03 Anexo 3.Esta utilización se considera de uso común.Esta banda de frecuencias también podrá utilizarse para aplicaciones generales de baja potencia en recintos cerrados y exteriores de corto alcance.La potencia radiada máxima será inferior a 100 mW.Esta utilización se considera de uso común.En ambos casos, las características radioeléctricas de estos equipos se ajustarán a las especificaciones ETSI ETS 300 328, ETS 300 440 o bien al estándar específico, si es el caso y en base a lo anterior deberá realizarse la correspondiente evaluación de la conformidad.Se puede consultar el del 2005 en http://www.mityc.es/NR/rdonlyres/585CE878-E35E-43B6-B161-C43AEFE16410/0/notas_UN_junio2005.pdf
[email protected] 8.23
8.2 Bandas de frecuencias: enlace digitalLas bandas por debajo de 10 GHz están saturadas,
Banda Gama de Frecuencias
(GHz)
Separación de Canales (MHz)
Recomendación UIT-R Serie F
18 17.7-19.7 220-110-55-27.580-40-20-10-6
595
23 21.2-23-6 112 a 3.5 637 27 24.25-27.5
27.5-29.5 112 a 3.5 112-56-28
748
31 31.0-31.3 25-50 746 38 36.0-40.5 3.5-2.5
112 a 3.5 749
[email protected] 8.24
8.2 Planes de frecuencias: Bandas y asignación¿Qué más cosas fija el plan de frecuencias aparte de las bandas?
• El plan de frecuencias recoge para cada banda, Su frecuencia central
Su anchura
Número de radiocanales
Las portadoras asociadas a cada canal
Separación entre frecuencias adyacentes y entre las frecuencias extremas y los bordes
Polarizaciones de cada portadora
Tipo y calidad de radioenlace
Objetivos?• Optimizar la utilización del espectro• Minimizar interferencias• Otros: facilitar interconexión en circuitos internacionales, intercalado de
radiocanales adicionales, transmisiones mixtas analógicas-digital
H V H V H V H V H V
[email protected] 8.25
8.2 Planes de frecuencias: enlace digitalEjemplo de plan para radioenlace digital: Rec 636 (14 GHz)
• Separaciones posibles entre canales 14 ó 28 MHz: 32 ó 16 radiocanales
• Pequeña capacidad:
1 2 3 16 1’ 2’ 3’ 16’
14.400GHz 70MHz 15.350GHz
17MHz 23MHz
28MHz
950MHz
1 2 3 4 1’2’ 3’ 4’
[email protected] 8.26
8.2 Planes de frecuencias: enlace digitalLas frecuencias de portadora se suelen calcular a partir de un conjunto de expresiones, función de una frecuencia de referencia
Estas expresiones, para el caso 28 MHz-16 radiocanales son
fn= fr + 2 688 + 28nfn’= fr + 3 626 -28·(16 - n)
fr = 11 701 MHz
►Indice
[email protected] 8.27
8.3 Diagrama de bloques de equipos8.4 Dispositivos de microondas y antenas
¿Qué interfaces tiene un equipo?
¿De qué elementos consta?¿Qué arquitectura tienen?
¿Qué es un transceptor?
¿Qué es un front-end o cabecera?
¿Por dónde pasa una señal desde su modulación hasta su demodulación? ¿Qué elementos comparten los radiocanales?
¿Qué diferencia hay entre un repetidor y un nodo?¿Qué arquitectura tienen?
¿Cuáles son los dispositivos que forman parte de un radioenlace del SF?
• ¿Líneas de alimentación?
• ¿Antenas?►Indice
[email protected] 8.28
8.3 Diagrama de bloques de equiposElementos: VF, BB, RF, FI, MUX, M y D, Tx, B (branching), C, F(feeder), DX, f1 y f2
[email protected] 8.29
Transceptor: Tx-Rx en el mismo bastidorFront-end: cabezal o cabecera
8.3 Diagrama de bloques de equipos
T. Señal Mod Up-Conv
S/NPe
LTR
FI
Amp Filtro
T. Señal Dem D-Conv LNA FiltroAmp FI
LbGTLTT
PT
Fn
UEb/NoC/N
GR
PR
R
Banda Base
CabeceraCAG
[email protected] 8.30
Diagrama de bloques de un repetidor
Diagrama de bloques de un nodo• Para regeneración señal (BB)• Para “drop-in”
8.3 Diagrama de bloques de equipos
RF D/C FI U/C PADXDX
RF D/C FI U/C PADXDX
Dem MX Mod
BBBB
[email protected] 8.31
8.4 Dispositivos de microondas y antenasCircuitos de acoplo y alimentadores
• De acoploCirculadores, Filtros, Polarizadores, Duplexores
• AlimentadoresLíneas coaxiales:
hasta 3 GHz, flexibles y fáciles de instalarConductor interno-dieléctrico-conductor exterior: 50 ohm
Guiaondas: modo fundamental, f >3GHz
Tipo Banda de Frecuencias (GHz) Atenuación (dB/m) R 40 3.2-50 0.024 R 58 4.6-7.15 0.041 R 70 5.4-8.5 0.055
Atenuación (dB/m) Tipo 1 GHz 3 GHz
7/8’’ 0.039 0.072 15/8’’ 0.021 0.039
[email protected] 8.32
8.4 AntenasAntenas reflectores de bocina o paraboloides,
• Para f> 2Ghz, D<3mSon parámetros de interés
• Ganancia isótropa (parabólica)
• Anchura de haz (3 dB)
• Diagrama de radiación
)()(2170º
mDGHzfDBW ==
λ
20.4 10 log 20 log (m) 20 log (GHz)TG D fη= + + +
( )2D
gπ
ηλ
=
[email protected] 8.34
8.4 Antenas: repetidores pasivosBack-to-back
Reflector plano
Montaje periscópico
( )
( )( )2
1 22
1 2
4 1
cos 2
Tp
R
P d dl
P g gab
π
α= = ⋅
41 2
4
1
4 1Tp
Ri
i
P d dl
Pg
πλ
=
⎛ ⎞⎟⎜= = ⋅⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠∏
Rp
PTPR
12
34
d1 d1
PTPR
d1d2
α
obstáculo
a x b( )2 2
4cos( /2)ab
πσ α
λ=
►Indice
[email protected] 8.35
8.5 Parámetros de un radioenlace8.6 Ancho de banda
8.5
•¿Qué parámetros intervienen en un radioenlace?
•¿Qué notación usamos?
•¿En qué puntos están referidos?
•¿Qué es un hipsograma?
8.6•¿Qué ancho de banda tiene la señal transmitida (Analog y Dig)?
►Indice
[email protected] 8.36
8.5 Parametros básicos de un radioenlaceSon aquellos involucrados en la ecuación de FRIIS:
• Donde intervienen directamentePotencia entregada: Potencia de transmisión, PT (dBm)Pérdidas en los circuitos de acoplamiento LTT LTR (dB)
Ganancias de las antenas, GT GR (dB)Pérdidas básicas de propagación Lb (dB)Potencia recibida PR (dBm) definida a la entrada del Amplificador RF.
• E indirectamente, en la potencia recibida,El ruido, Factor de Ruido
del Rx, FR (dB) del sistema FS (dB)
La relación portadora ruido PR /N=C/N (dB)
TTDFTTT lLL α+=RRDFRTR lLL α+=
TRRBTTTTR LGLGLdBmPdBmP −+−+−= )()(
[email protected] 8.37
8.5 Parametros básicos de un radioenlace,...Potencia mínima utilizable o sensibilidad U (dB)Relación señal/ruido S/N (dB) o portadora/ruido C/N (dB) Relación Energía de bit/densidad espectral de potencia Eb/No (dB)Probabilidad de error, Pe
LTT
GT Lb GT
F
CAG
LTR
Tx Rx
Hipsograma
[email protected] 8.38
Relación C/N: Esquema Tx Rx, Figura 2.14, pp 80
rtraras fffff +−= 1 rxtrar
soF gll
BfkTN 1=
so
r
ARF
F
trarso
dr
RF
F
F
F
BfkTp
NC
llfBkTp
NC
NC
====trarrxso
rxdr
F
F
llgBfkTgp
NC
/=
TxCIRCUITO
DE ACOPLO
CIRCUITO DE
ANTENA
T T’ AT RxFR
GRX
CIRCUITO DE
ACOPLO
CIRCUITO DE
ANTENA
RR’AR
petPT
p’t pt
Ltt Lat Dt Lb Dr
pr p’r pdrPR
LtrLar
Gt Gr
PIRE
F
OJO!: En R, si fa=1 (Ta=To), entonces s s ar tr rRf f l l f= =
[email protected] 8.39
En resumenLa sensibilidad en el punto AR, tal como se dio en Tema 4:
• Para el caso analógico se tiene fórmula análoga• Si queremos calcular el margen del sistema:
La sensibilidad en el punto R:• Si queremos calcular el margen del sistema:• Ó
Donde se observa que todo queda igual, al restar lo mismo en los dos términos
• De forma “elegante” se suele definir la figura de ruido “referida” en R:
• Y se calcula:
min 0 min| / | 10 log( ) 174( / )r b s bP E N F V dBm Hz= + + −
1 1s s a ar tr r a ar tr rARf f f f f f f l l f= = + − = + −
min min| |r r et tt at t b r rM P P P L L G L G P= − = − − + − + −
min min| |dr r ar trP P L L= − −
( )min min| |dr dr et tt at t b r ar tr r ar trM P P P L L G L G L L P L L= − = − − + − + − − − − −
s s ar trR ARF F L L= − −
min 0 min| / | 10 log( ) 174( / )dr b s bRP E N F V dBm Hz= + + −
[email protected] 8.40
8.6 Ancho de BandaANCHURA DE BANDA
• Sistemas analógicos, Señal vídeo en FM
Δfcc Excursión pico a pico señal moduladora (Rec ITU-R 276: 8MHz)fv Frecuencia máxima de video (Sistemas B y G, 5MHz)
TV: vídeo y audio
QuedaSe aproxima Δfcmm≈ Δfcc y fmm ≈ fsm
• Sistemas digitales: banda lateral/residual, velocidad binaria, número de niveles, conformado de pulso,…
MHz182)(2 =+Δ=+Δ= vccvc ffffB
( ) ( ) RVFKM
VT
B bbs
⋅⋅⋅=⋅⋅+⋅=+
=2log1111 αα ( )MTT bS 2log=
fmmfv fS1 fS2
mmcmm ffB 2+Δ=smcc ffB 2+Δ=
fsm
►Indice
[email protected] 8.41
8.7 Diseño de un radioenlace• ¿Qué pasos hay que seguir en el diseño de un radioenlace?• ¿Qué factores intervienen?• ¿Cómo se protege el enlace frente a desvanecimientos de factor
k?=¿Alturas de antenas?• ¿Cómo se protege el enlace frente a desvanecimientos multitrayecto?
8.8 Desvanecimiento Multitrayecto• ¿Qué efectos tiene sobre el enlace?• ¿Qué mecanismos pueden paliarlos?
8.9 Diversidad• ¿Qué tipos hay de diversidad?• ¿Qué ventajas incorpora la diversidad?• ¿Qué papel juega el Procesado de señal?• ¿Qué es el factor de mejora?
►Indice
[email protected] 8.42
8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo de radioenlaces
El problema se reduce al cálculo de las pérdidas básicas,
• Espacio libre, difracción, desvanecimiento, ángulos, precipitaciones, gasesLa metodología en el diseño de un radioenlace queda
• 1. Análisis de la geometría del perfil: determinar altura de las antenas• 2. Evaluar Pérdidas Adicionales debidas a atmósfera:
desvanecimiento factor kAtenuación debida a gases atmósféricos
• 3. Cálculo atenuación por lluvia• 4. Estudio de la despolarización• 5. Estudio de desvanecimientos multitrayecto: plano y selectivo• 6. Protección contra desvanecimientos multitrayecto: Técnicas de
diversidad
gpaddibfb LLLLLLL +++++=
[email protected] 8.43
8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo de radioenlaces
1.- Cálculo de alturas de antenas• Mínimas necesarias para asegurar la transmisión en
Condiciones normales (pérdidas por difracción tolerables)Condiciones anómalas (Pb pequeña de pérdida de visibilidad)
• Rec ITU-R PN 530 (sin diversidad)1. k (k=4/3) → ht, hr : despejamiento = R12. k(0,1%) → ke (efectivo, rebasado el 99.9%) para el mes más desfavorable, Figura 3.23
Nuevo cálculo de alturas ht, hr con ke para a) Clima templado:
» despejamiento= 0,0R1 obstáculo aislado (incidencia rasante)» despejamiento= 0,3R1 obstáculo redondeado
b) Clima tropical: » despejamiento= 0,6R1 si d > 30 km
3. hT y hR son los valores máximos obtenidos en 1. y 3.• Si salen cero: 10-15 m
Despejamiento respecto a entorno inmediatoSeguridad y protección de la instalación
[email protected] 8.44
8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo de radioenlaces
2.- Pérdidas Adicionales• Atenuación por gases y vapores (f > 10 GHz)• Difracción por factor k, se calcula para ke
3.-Atenuación por lluvia (f > 6,7,10 GHz) → p% de tiempo, indisponibilidad4.- Despolarización
5.- Se produce por reflexión en el suelo o por reflexión en la atmósfera (debido a cambios en el índice refracción)
• Aumenta con frecuencia y distanciaEfecto de la selectividad
• RE Digitales:ISI → BER ↑ , despreciable vb <10 Mbps e importante vb >20 Mbps
diversidad+igualación+codificaciónNo mejora a potencia ↑
Recuperación de portadora: error de fase = giro en la constelaciónTemporización: no en la máxima abertura del diagrama de ojo
8.8 Desvanecimiento multitrayecto
[ ]3.2 0.97 0.032 0.00085 /10( ) (1 ) 10 (%)
Método 1 de la recomendación ITU-R 530
Lf h FpP F K d ε − − −= ⋅ ⋅ + ⋅
[email protected] 8.45
Efecto ISI en Diagrama de Ojo
4 6 8 10 12
x 10-6
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
time (second)
ampl
itude
Eye-Pattern Diagram
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x 10-5
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
time (second)
ampl
itude
Eye-Pattern Diagram
[email protected] 8.46
8.8 Desvanecimiento multitrayectopor reflexión en suelo
6.- Ya se vió en tema 7. Soluciones: • Diversidad, • Inclinación de las antenas (RR en mínimo diagrama radiación), • Desplazamiento del punto de reflexión, • Apantallamiento RR• Sistemas antireflectantes: se ponen en fase (con φ) los RD y se calcula s
para cancelar la suma de RR.
φ
s
θ
θ
πθλπδ =⋅⋅= sen2 s
Rx
DF
HRD
RR
Alturas antenas
[email protected] 8.47
8.9 Solución: DiversidadDiversidad: enviar información por caminos radioeléctricos diferentes
• Espacial, • de frecuencia, • de ángulo, • de polarización, • de ruta
Según el tipo de procesado de Señal de los distintos caminos:• Conmutación• Combinación
Interesa correlación pequeña entre distintas señales a procesar
Ventajas:• Reduce el % de tiempo de desvanecimiento• Aumenta la fiabilidad (redundancia)• Mejora la S/N o la BER
[email protected] 8.48
8.9 Diversidad EspacialCaracterísticas
• Poco probable un doble desvanecimiento• Una sola frecuencia• Redundancia sólo en Recepción: Fiabilidad en Rx.• Se aconseja una distancia vertical de
λλ 1504
≥=Δhdh
TX
RX
RX
Procesador
f1
f1
Δh
h: altura del transmisor
[email protected] 8.49
8.9 Diversidad Espacial
En sistemas digitales las antenas pueden ir más juntas
[email protected] 8.50
8.9 Diversidad de FrecuenciaEl periodo de desvanecimiento difiere para 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 (espectro es bien escaso y caro)
BR
RX1
BR Procesadorf1
f2
RX2
TX1
TX2
Rama1
Rama2
[email protected] 8.51
8.9 Diversidad Espacial – Frecuencia (Montaje Mixto)
Cuando la separación de frecuencia no sea suficiente
RX1
BR
Procesador
RX2
Rama1
Rama2f1,f2
ΔhBR
Tx1
Tx2 f1,f2 RX1
BR
RX2
Rama3
Rama4
[email protected] 8.52
TX1F1
RX1F3
RX4F4
RX2F3
TX2F2
RX3F4
TX1F3
RX1F1
RX4F2
RX2F1
TX2F4
RX3F2
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
8.9 Diversidad: otrosD
iv. e
spac
ial
Div
. fre
cuen
cial
Div
. esp
acia
l
f1
f1f3
f3
f2
f2f4
f4
[email protected] 8.53
http://www.gaips.upv.es/PWire.htm
Récord máxima distancia para radioenlace: 100 mW, 11Mbps, 2.5GHz¿Es casualidad que sea sobre mar...?
[email protected] 8.54
8.9 Diversidad con Trat. SeñalSelección por conmutación:
• Se elige la señal mejor.Mayor intensidad
• Proceso de conmutación:Microinterrupción (<10 μsg)Ruido de conmutación
• Sencillo y económicoSelección por combinación: lineal y de relación máxima
• RF/FI versus BB: poner en fase las señales
• Suma (Combinación lineal)Se suman las señales en BB y en faseSi Pi<<Pj (6dB) se desprecia la primera.
• Combinación lineal ponderada.Se maximiza s/n
( )( )
( )2 2
2 2
, 1, 2,...
i i
ri
i r
x xsn Mnn
n n i M
= =
= =
∑ ∑∑
[email protected] 8.55
8.9 Mejora por diversidadBeneficios ya vistos: aumenta fiabilidad, mejora S/N o BER y reducción del tiempo de desvanecimientoFactor de mejora
• Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra
F: Profundidad de desvanecimiento para el trayecto no protegido (dB)V: |G1-G2| con G1 y G2 (dB) ganancias de antenas terminalesd: longitud del trayecto (km) (43 ≤ d ≤ 240)f: frecuencia (GHz) (2 ≤ f ≤ 11)s: separación vertical entre los centros de antenas (m) (3 ≤ s ≤ 23)
r
r
( ) / ( ) Pb de desv./Pb desv. con diversidadTiempo (BER>BER )sin protecciono tambien =Tiempo (BER>BER ) con proteccion
dI P F P F
I
= =
unopor en tanto )(:Nota ,10)(
10)]04.0exp(1[10/
0
10/)(04.10
48.012.087.0
F PFPPdonde
PdfsIF
VF
⋅=
⋅⋅⋅⋅⋅−−= −−−
[email protected] 8.56
8.9 Mejora por diversidad• Diversidad de frecuencia 1+1 (ITU-R I.338)
Donde f: frecuencia central de la banda (GHz) (2 ≤ f ≤ 11)d: longitud del trayecto (km) (30 ≤ d ≤ 70)Δf /f : separación relativa de frecuencias (%) (Δf /f ≤ 5%)
Válida para I ≥5 y si no hay reflexiones superficiales intensas.
10/108.0 Fff
dfI ⋅⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛ Δ⋅
=
►Indice
[email protected] 8.57
8.10 Calidad y disponibilidad¿Qué se entiende por calidad de un radioenlace?
• ¿Qué se entiende por disponibilidad?• ¿Qué se entiende por fidelidad?• ¿En qué se diferencian?
¿Cómo afecta cada elemento a la disponibilidad del radioenlace?
¿Qué criterios tomar para definir la calidad?
¿Qué objetivos de calidad imponer?¿Cómo los definimos?
¿Cómo evaluar la calidad?
►Indice
[email protected] 8.58
Un resumenSe distingue entre pérdida de calidad en un tiempo grande
•Indisponibilidady en un tiempo pequeño
•Fidelidad (o también simplemente calidad)En radioenlaces
•1.-CriteriosIndisponibilidad: pérdida de calidad (Ej BER) durante un tiempo ≥ ToFidelidad: pérdida de calidad (Ej BER) durante un tiempo < To
•2.-ObjetivosSe fijan en un % del tiempo y se suelen distribuir proporcionalmente a la distancia
•3.-EvaluaciónLa indisponibilidad está ocasionada por
Mal funcionamiento de EquiposLluvia
La pérdida de fidelidad viene dada por Desvanecimiento PlanoDesvanecimiento Selectivo
[email protected] 8.59
8.10 Calidad: interrupciones (5.11-5.12)
La calidad representa el grado en el que el radioenlace estará en condiciones de proporcionar el servicio para el que se ha diseñado.
La pérdida de calidad viene dada por interrupciones en el servicio.
Existen interrupciones debido a• Fallos o averías • Condiciones anómalas de propagación (lluvia y desvanecimientos)• Interferencias (internas o externas)
que producen, en un periodo de tiempo, • Un corte parcial o total de la señal• Que aparezca un ruido elevado• Que aparezca discontinuidades• Que aparezca distorsión
[email protected] 8.60
8.10 Calidad: interrupciones: indisponibilidad y calidad (5.11-5.12)
Las interrupciones del servicio pueden darse en• 1) Un periodo de tiempo largo (≥To s): Calidad de disponibilidad• 2) Un periodo de tiempo corto: Calidad de fidelidad
1) La disponibilidad cuantifica la probabilidad de que el sistema se encuentre en condiciones de funcionamiento en un momento dado.
• Existe cuando el sistema no está operativo durante más de To.• Se cuenta el tiempo que está indisponible Tind
El tiempo de reestablecimiento del servicio es tiempo indisponible.Se debe medir en un tiempo T significativo: más de un año
(%)100⋅= ∑TTU ind
[email protected] 8.61
8.10 Calidad: Indisponibilidad y fidelidad (5.11-5.12)2) La fidelidad: microinterrupciones y degradaciones ligeras y breves
• Afecta a la nitidez o claridad de la señal recibida• A veces se le denomina también “calidad”• Se cuantifica atendiendo al % del tiempo en el que hay una BER por
encima de un umbralSiempre que estos errores no sean en un periodo consecutivo mayor de To
Se suele medir en el mes más desfavorable
Ambas se cuantifican en % del tiempo.Para definirlas hay que especificar
• Criterio cuantitativo relativo al parámetro de calidad:Analógico: Potencia de ruido en banda base pWp0 (=pW0p), ver apéndiceDigital: BER
• Duración To
Esbozados los criterios, ¿Qué objetivos podemos marcar y cómo lo hacemos?¿Cómo se tienen en cuenta distintos tipos y longitudes de radioenlaces?
[email protected] 8.62
8.11 Objetivos: Trayecto Digital Ficticio de Referencia para radioenlaces digitales (5.13)
Asignación y distribución de objetivos de calidad sobre • Disponibilidad • Calidad
Modelo ficticio de enlace: HRX-CFR, Hypothetical Reference Conection
Modelo de trayecto digital ficticio de referencia: HRDP-TDFR, HypotheticalReference Digital Path
Se estudia aquí la HRX para una ISDN • a 64Kbps • con red de conmutación de circuitos• conectividad digital entre extremos
• dividida en tres partes con sus correspondientes grados de calidad
Rec ITU-T G.801: Modelos de redes de Tx Digital que son entidades ficticias de una longitud y composición determinadas
[email protected] 8.63
8.11 Objetivos: HRX / ISDN (5.13)
5x250=1250 Km 5x250=1250 Km10x2500=25000 Km
27500 Km
GradoLocal
GradoMedio
GradoAlto
GradoMedio
GradoLocal
Punto de Referencia T
Punto de Referencia T
CL CL
HRDP
9 secciones de radio digitales x 280=2500 Km→Son homogéneas: no incluyen MUX/DUX
Rec ITU-T G.821: Para canales con tasas por debajo la primaria Nx64, N≤24 (1.544Mbit/s) ó N≤31 (2.048 Mbit/s)
[email protected] 8.64
8.11 Objetivos: Parámetros (5.14)Parámetros de calidad de error (fidelidad) y disponibilidad
Fidelidad:• Parámetro Básico BER• Parámetros ITU T G.821
EFS, Error Free Second: BER=0 en 1 sgES, Errored Second: BER≠0 en 1 sg → ESR, ES RatioSES, Severely Errored Second: BER>10-3 en 1sg → SESR, SES Ratio
Disponibilidad • ITU T G.827, ITU R F.557
A: Availability (disponibilidad o fiabilidad)MTBF: Mean time between failuresMTTR: Mean time to restore
ITU-T G.821 G.827HRX y HRDP
ISDN a 64 Kbits/sg
Radioenlace digitales F.557F695, F.594 y F.634, F.696F.697ITU-R
Nota: Se toma 10-3 como degradación. El sistema empieza a degradarse antes, ej 10-6
[email protected] 8.65
8.12.1 Objetivos de indisponibilidad-fidelidad (5.15.1)
Para diferenciar indisponibilidad de fidelidad, Rec ITU-T G.821,• El párametro básico es el SES y • El To =10 s.• Se pasa de disponible a indisponible si
Hay 10 SES consecutivos• Se pasa de indisponible a disponible si
Hay 10 seg. sin SES • Los ES en estado de disponibilidad cuentan como pérdida de fidelidad
SES EFS ES
10 sdisponible indisponible disponible
<10 s 10 s
El tiempo de indisponibilidad no cuenta
para fidelidad (calidad de errores)
[email protected] 8.66
8.12.1 Objetivos de indisponibilidad (5.15.1)Criterios de indisponibilidad grado alto
• El HRDP Indisponible si más de 10 seg consecutivosHay SES (BER > 10-3)
• El período de indisponibilidad termina cuando durante 10 seg consecutivosNo hay SES → fidelidad
Objetivos de indisponibilidad, ITU-R F.695 → U < 0.3% (TDFR) repartidos proporcionalmente a la longitud del enlace
• Si L es la longitud del enlace
km 280 %0336,02500
2803,0% <=⋅
= LU
km 2500 km 280 %2500
3,0% <<⋅
= LLU
ITU-T G.827 Radioenlace digitalesF.695 ITU-R
[email protected] 8.67
8.12.2 Objetivos de fidelidadCriterios
• Analógicos: S/N, ruido a una potencia de señal normalizada (dBm0,...)• Digitales: ESR, SESR: BER (Eb/No, interferencias, modulación, distorsión)
Degradación: • Analógicos: gradual• Digitales: todo-nada
Objetivos: (grado alto) Para cada sentido del TDFR (ITU-R F.594 y F.634):
• También se reparten linealmente con la distancia, para cualquier mes
LL
L
≤⋅+
<<⋅
⋅
km2500 00004.02500
0005.0
2500280 %054.02500
L :SESR
%32.02500
L :ESR
ESR SESR0.0032 (0.32%) 0.00054 (0.054%)
L< 280km, 0.006%
L< 280km, 0.036%
[email protected] 8.68
8.12.2 Objetivos: Otras Recomendaciones ITU Las últimas recomendaciones (R F.1703, R F.1668)
• Tienden a unificar los objetivos para las redes SDHPara cualquier tasa
• Los parámetros ES y SES se definen (ITU T G.826) como ES: segundos con algún “bloque” con algún bit erróneoSES: segundos con más del 30% de bloques con algún bit erróneo
La BER asociada a este objetivo no está clara (≈1.7 10-5)• En disponibilidad se utilizan mismos parámetros, renombrados,
ITU R F.1703AR, availability ratio: disponibilidad =AMTTRMo, Mean time between Outage = MTBF+MTTROI, outage intensity = 1/Mo
[email protected] 8.69
8.12.2 Objetivos: Resumen Recomendaciones ITU
Circuitos de referencia T G.801Disponibilidad (Availability):
• Objetivos en redes de telecomunicaciones: T G.8272, • Objetivos en radioenlaces del servicio fijo: R F.557,695,696,6971; R F.17032
Fidelidad (Performance)• Objetivos en redes de telecomunicaciones: T G.8211; T G.8262, • Objetivos en radioenlaces del servicio fijo: R F.594,634,696,6971, R F.16682
1Para canales con tasas inferiores a la primaria2Para todas tasas
[email protected] 8.70
Indisponibilidad en sistema Duplex, con dos sentidos 1 y 2
Indisponibilidad de un trayecto: equipos + propagación
Se calculan por separado en cada vano y se suman•Equipos
Distintos equipos en vanosEquipos de reserva
•PropagaciónLluvia f>10GHz provoca indisponibilidad t ≥To, Desvanecimientos multitrayecto profundos son de corta duración t<To y afectan a la fidelidad
8.12.3 Evaluación de la indisponibilidad (5.12)
100(%) 1221 ⋅−+=T
TTTU
)()()( LULULU pE +=
[email protected] 8.71
8.12.3 Evaluación de la Indisponibilidad de EquiposLa indisponibilidad de equipos es
•Donde Usi es la indisponibilidad de la sección de conmutacióni-ésima,
Para un radiocanal con 1 Tx, 1 Rx y n repetidores •U la indisponibilidad en cada sentido:
Fiabilidad: complemento a uno de la indisponibilidad•Tiene en cuenta el tiempo entre averías: t
una variable aleatoria exponencial negativade media τ, (MTBF, mean time between failures).
La probabilidad de que t supere un valot to ,
Si se conectan en serie dos equipos,
∑=
=N
isiE UU
1
isi UU 2=
RPRxTx nUUUU ++=
)/exp(1)( ττ
ttp −=
)(exp)( τoo tttp −=>
-12
-11
-1 )(MTBF )(MTBF (MTBF) +=
[email protected] 8.72
8.12.3 Evaluación de la Indisponibilidad de EquiposEl otro parámetro necesario es el MTTR (Mean Time To Restore)
• Depende del diseño del equipo
La indisponibilidad en un sentido de un equipo para un canal i, Ui sin protección es
• Donde se tiene en cuenta el MTTR y
Con protección, se tienen que indisponer simultáneamente todos los cananales M+N, para m vanos y ambos sentidos
• Si hay un canal de reserva
{ } 100100(%) ×≈<<≈×+
= qMTBFMTTRMTTRMTBF
MTTRUi
( ) 1
1200(%)2 +
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
= Ni mq
NNM
MU
MTBFMTTRq /=
( )22
1200(%)2 mqM
MUi ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ +=
[email protected] 8.73
8.12.3 Evaluación de la Indisponibilidad de Propagación
La indisponibilidad por propagación se limita a la lluvia• Para f >10GHz la atenuación por lluvia es importante para indisponibilidad
El tiempo en el que habrá indisponibilidad es en el que la atenuación por lluvia Ap excede el margen M
• El margen está dado para una BER (10-3)→Umbral Th3
• Este % p del tiempo es
Para frecuencias >20 GHz la lluvia limita la distancia máxima• Esta distancia máxima se obtiene despejando la máxima indisponibilidad
permitidamax
0.01 maxEU U p p
A dM
= + ⇒ ⎫⇒⎬
⎭
dkmdGHzfLTLGLPIREM
ab
htrrb
⋅+++=
−−+−=
γ)(log20)(log205.923
dB12.0 )log043.0546.0(01.0
pp pAAM ⋅+−⋅⋅==
pU p =donde
odddA
/101.0 +⋅= γ
[email protected] 8.74
8.12.3 Calidad de Radioenlaces: Evaluación de la Indisponibilidad, Equipos+Lluvia (5.15.3, 5.18.2)
Consideraciones generales• f > 10GHz, lluvia• Se suman los porcentajes de indisponibilidad de cada vano• Se comparan con objetivos, Grado alto,• Proceso:
1. UE=función de MTTR/MTBF x 100%2. Th3=W(dB)+Fs(dB)+10log10Vb(bits/seg)-174, 3. M3 =C - Th =Pet-Ltt+Gt-Lb+Gr-Ltr-Th3 donde
Lb=92.5+20log10f(GHz)+20log10d(Km)+(γo+γw)d4. Up=p(M(A0.01))
Conocida la Atenuación excedida el 0.01% del tiempo A0.01, se puede calcular para otro porcentaje de tiempo p como
Se iguala al Margen bruto y se resuelve (ec 2º logp) para obtener Up=p, el porcentaje de tiempo de indisponibilidad.
5. U=UE+Up
)log043.0546.0(01.012.0 p
p pAAM +−⋅⋅== (3.14.18)
Fs es la figura de ruido del sistema a la entrada del receptor
+2-5 dB ecua.
[email protected] 8.75
8.12.3. Calidad de Radioenlaces: Indisponibilidad. Datos prácticos.
Equipos
Lluvia
http://www.ericsson.com/enterprise/library/brochures_datasheets/Minilink/minilink_1105066.pdf
[email protected] 8.76
8.12 Calidad de Radioenlaces: Ejemplo Evaluación de la Indisponibilidad
En• Con visión directa• Despejamiento suficiente• Pol Vertical
¿Indiponibilidad Total, Ut?¿Cumple con objetivos?
5 Km
f=38GHzγ o= 0.036dB/Kmγ w= 0.087dB/Km
Pt=12dBmGt=40 dBLtt=0.5
Th3= -83dBmGr=40 dBLtr=0.5
R0.01=32mm/h
MTTR=5hMTBF=50000h
[email protected] 8.77
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de la Calidad (Fidelidad)
• Se suman los porcentajes de indisponibilidad de cada vano:
También se usa la expresión más restrictiva
• Se distingue entre radioenlaces de Pequeña capacidad y Media/Alta.• Pequeña capacidad (< 34Mbps) → Sólo Desvanec. Plano
Pb de que el desvanecimiento sea mayor de F=M3,
Para un factor de aparición de desvanecimiento Po
Si existe diversidad y como la mejora por diversidad
TSTPTT PPP +=
( ) 5.1, /22/2/ =+= αααα
TSTPTT PPP
PlanoSelectivo
(%) 10010 10/3 ×⋅== −MoTPTT PPP
IPPPPI TPTPdd
/)diversidad con pb(
)diversidad sin pb(, =⇒=
(3.18.11)
[email protected] 8.78
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de la Calidad (Fidelidad)
Capacidad Media/Alta: 2 métodos• Método de la signatura, se calcula el PTS y se suma al PTP
• Método del margen neto de desvanecimiento: permite calcular PTT directamenteMétodo de la signatura
• Signatura de un receptorModelo de 2 rayos
B=-20log(1-b), máximo desvanecimientofo frecuencia de ranura o notch (distancia a frecuencia de portadora, Fig 3.65)
La signatura de un Rx, para el par (BERo,τ) → B(fo )
]1[)( )( τωω ojbeawH −−−=
-30 0 30
10
20
30
20
10
BER>BERo
BER<BERo
BER=BERo Fase MínimaFM τ >0Fase No MínimaFNM τ <0
B(dB)
fo(MHz)
Desv. aumenta
16-QAM
[email protected] 8.79
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Signatura
Comentarios acerca de la signatura• Interesa signatura estrecha y baja• La altura depende de la modulación, si existe o no igualación, y de τ.• La anchura no depende de τ y sí de la modulación e igualación.• Generalmente se da para τ = 6.3nsg• La signatura de equipos modernos es casi cuadrada
-18 0 18
18
-30
18
BER>10-3
τ =6.3nsgB(dB)
fo
140Mbps16-QAMAnchura efectiva=1/Ts
=2x18MHz=36MHz
B(dB)
fo(MHz)
[email protected] 8.80
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de calidad mediante Signatura
Recordemos: necesitamos calcular PTS, porcentaje de tiempo en el que hay desvanecimiento selectivo y
• El PTS es el porcentaje de tiempo en el que existe desvanecimiento selectivo y se puede expresar como
• Para el cálculo de η se proporcionaron expresiones en el Tema 7.• La probabilidad p(o| η) se puede calcular a través de la signatura:
C: Factor Constantepb(1): Valor de la pb de b para b=1. Se toma de una tabla.k: Signatura Normalizada, constante que depende de la signatura
Existen valores típicos para distintos Rx, con y sin igualaciónO se calcula
< τ 2>: varianza del retardo del eco. Ts, periodo de símbolo
TSTPTT PPP +=
100(%))|(×=
⋅=
sTS
spPopp ηη
η, pb de desvanecimiento multitrayecto
p(o| η), probabilidad de desvanecimiento selectivo condicionada a desvanecimiento multitrayecto
22)1()|( sb TkPCop τη ⋅⋅⋅=
[email protected] 8.81
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de calidad mediante Signatura
• El proceso quedaFactor de actividad multitrayectoSe elige el valor de pb(1)
Se toma valor típico de k
O se calcula a partir del ancho W(MHz) y alto BC(dB) de la signatura
Si se supone el retardo distribuido exponencialmente, del Tema 7
Finalmente, se calcula
20/10y )( donde , CBsBsABA
TKTMHzWKKKk −⋅=⋅=⋅=τ
retardo del medio valor el ,2 22mm τττ >=<
Ts y τ en μsg
TSTPTTsmbsTS PPPTkPCpP +=⇒×⋅⋅⋅⋅⋅=×= 100/2)1(100 22τη
1.3( )0.7
50md km
nsτ⎛ ⎞⎟⎜= ⋅ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠
Pb(b) Uniforme Exponencial WeibullPb(1) 1 2.16 4
)2.0exp(1 75.0oP⋅−−=η
Método de modulación k Teórica Con igualación
64 QAM 15.4 0.4 16 QAM 5.5 0.3
4PSK 1 0.2
BC
W
0 dB
Mojoro: C·Pb·2 = 4.32, (C=1)
[email protected] 8.82
8.12.4 Signatura normalizada para algunas modulacionesLa tabla con la signatura para algunas modulaciones es la siguiente:
• ¿Cuál es el efecto de la igualación (equalización)?• ¿Qué pasará con PTS al aumentar el régimen binario?
• ¿Qué pasará con PTS al aumentar el número de niveles?
0.21.04 PSK
7.08 PSK0.35.516 QAM0.415.464 QAM
Con igualaciónTeórica
kMétodo de modulación
Valores de signatura normalizada para BER = 10-3
2 2(1) 2 / 100TS b m sP C P k Tη τ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ×
[email protected] 8.83
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de calidad mediante Margen Neto
Margen Neto de Desvanecimiento, valor teórico• Permite calcular directamente el PTT
• La idea es calcular el PTT de la misma forma que PTP
Si para PTP → F=M3, y
• Para el cálculo de Me se iguala y sustituye el valor de PTT y se despeja
Si M3 ↓ entonces Me≈ M3
Si M3 ↑ entoncesM3>Me
(%) 10010 10/3 ×⋅= −MoTP PP
(%) 10010 :? 10/ ×⋅= − eMoTTe PPM
10/10/ 10(%)10(%) 3 eMoTS
MoTSTPTT PPPPPP −− ⋅=+⋅=+=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅+−= 10/
103 310(%)
1log10 M
oTS
e PPMM
TSo
eM P
PM (%)log10lim 103
=∞→ M
e(dB
)M3(dB)
domina PTSdomina PTP
[email protected] 8.84
8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Ejemplo Evaluación de fidelidad (calidad)
Se considera un vano de radioenlace digital que tiene las siguientes características
• Velocidad 140 Mbits/s• Modulación 16 QAM• Desvanecimiento multitrayecto con factor Po=0.27• Margen bruto para BER = 10-3, de 30 dB.• Distancia d=40Km• Signatura (la dada anteriormente en Fig 5.36)
Se pide• Evaluar la calidad del enlace• Calcular el margen neto de desvanecimiento• Compare con los objetivos dados por la ITU-R.
►Indice
[email protected] 8.85
8.13 Interferencias¿Qué son las interferencias?¿Cómo se clasifican?¿Cómo se miden?¿Cómo repercuten en BER?¿Cómo se controlan?
8.14 Protección¿Qué esquemas existen para la protección ante fallos en equipos y desvanecimientos?¿Cómo se clasifican?
►Indice
[email protected] 8.86
8.13 InterferenciasInterferencias: Concepto
• Clasificación 1:Intrasistema (reutilización de frecuencias)Intersistema
• Clasificación 2:CocanalCanal adyacente
• Clasificación 3: detalladaDos grupos según si la interferencia se desvanece o no con la señal
1,72
8 46
5
3DA
S
[email protected] 8.87
8.13 Interferencias
1,72
8 46
5
3D
AS
f2
f1 f1f2
f2
f1
Grupo A Grupo B 1 Cocanal, canales de
polarización cruzada 3 Recepción delante/Detrás
2 Radiación hacia atrás 5 Rebasamiento Opuesto (3 tramos)
4 Rebasamiento (3 tramos)
6 Reflexiones No deseadas
7 Canal adyacente copolarizado
D Otros Sist Dig
8 Radiación hacia atrás y rebasamiento
A Otros Sist Analog
S Sistemas Satélite
[email protected] 8.88
8.13 Interferencias: relación C/ILa interferencia se evalúa con la relación portadora/Interferencia C/I (dB)
• Dados un Tx A, un Rx B y un Tx interferente C, hay que tener en cuentaLos filtros LFC y LFB: interferencia de canal adyacente Las pérdidas adicionales en ganancias de antenas: AC(β) y AB(α)
• Se puede expresar la potencia interferente en Rx B como
Se calcula la Lb como si no hubiera obstáculos, a menos que salga C/I elevada,...
FBTRBBRBbCTCTTCFCTCIB LLAGLAGLLPP −−−+−−+−−= )()( αβ
A
C
Bα
βLb
[email protected] 8.89
8.13 Interferencias: C/I y BEREl efecto de la interferencia en la BER es un incremento para una Eb/No dada.
El estudio de la repercusión de las Interferencias en la BER es complicado.
• Solución conservadora: Se modela la interferencia como ruido gaussiano que se suma en potencia con el ruido del sistema:
ci
cnin
cPeb+
⋅=+
⋅= 1erfc2/1erfc2/1
BER
Eb/No
[email protected] 8.91
8.14 Interferencias: controlControl de interferencias
• Requerir discriminación mínima lóbulo ant-pos de 65 dBSe evita interferencias hacia delante y hacia atrás
• Filtros buenos (gran selectividad)Se evita interferencias de canales adyacentes
• Separación espectral adecuada• Diferentes polarizaciones• Limitar potencia sistemas interferentes: satélites, radar
[email protected] 8.92
8.14 Protección de los RadiocanalesLa protección consiste en introducir Redundancia ante
Se clasifican en• Esquemas sin diversidad
Sin reservaCon reserva: Isofrecuencia con reserva activa
• Esquemas con diversidadSin reserva: Isofrecuencia con dos antenas (Diversidad Espacial)Con reserva: heterofrecuencia con una antena (Diversidad Frecuencial)
Fallos y averías en equipos Desvanecimientos profundos
Conmutación de protección Diversidad
Equipos redundantes en Tx y Rx, Sistemas n+1
Equipos redundantes en Tx/Rx
Sistemas de supervisión y lógica de conmutación
Selección por conmutación o por combinación
[email protected] 8.93
8.14 Protección de los Radiocanales:Ejemplo de Sistema de supervisión y gestión
[email protected] 8.94
8.14 Protección: Esquemas sin diversidadSin reserva: Sistema simpleCon reserva: “Isofrecuencia con reserva activa” (HSB, Hot Standby)
• Sistema 1+1 requiere 2 Tx y 2 Rx, así como un sistema de conmutación• Sólo un Tx está activo a la vez, los 2 Rx siempre activos
Tx1
Tx2
f1
f2
HRx1
Rx2
COMB
BB BB
Conmutador
[email protected] 8.95
8.14 Protección: Esquemas con diversidadSin reserva: “Isofrecuencia con dos antenas” • Diversidad de espacio• Selección por conmutación o combinación • 1 Tx y 2 Rx
Con reserva: “Heterofrecuencia con una antena”• Diversidad de frecuencia• 2 Tx y 2 Rx
Rx1
f1
f2
Tx1
Rx2
Tx2
Rx1
Rx2
f1
Rx’1 Rx’2
Tx1 Tx2
Rx1Rx2
Tx’1Tx’2
f2f’1
f’2
[email protected] 8.96
8.14 Protección: Esquemas con diversidad• Nota: los sistemas n+1 con una antena realizan una selección por
conmutación:El funcionamiento normal es el de isofrecuencia con una antenaSi hay fallo en equipo: se corresponde con esquema isofrecuencia con reserva activaSi hay desvanecimiento en un canal: se puede hablar de diversidad de frecuencia (frecuencia del canal de reserva suficientemente separada)
Diversidad Mixta: “Heterofrecuencia con dos antenas”• Diversidad Espacial y Frecuencial• 2Tx y 2 Rx
f1, f’1,
Rx’1 Rx’2
Tx1 Tx2
Rx1Rx2
Tx’1Tx’2
f1f2
f2, f’2,
Rx1Rx2
[email protected] 8.97
8.14 Protección: ConmutaciónConmutación
• Prioridad en la asignación de canales de reservaPor naturaleza de tráfico (TV, telefonía)Tipo de fallo (avería sobre ruido)
• El canal de reserva se libera una vez reestablecido el canal indisponible• Según el vano que pase a indisponible y los equipos en extremos, se
puede realizar en BB-BBFI-FIMixtos BB-FI
• Se lleva cabo cuando se superan determinados umbrales de calidad y siguiendo determinados protocolos que aseguren su correcta ejecución.
►Indice
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ApéndicepWp0: Abbreviation for picowatts, psophometrically weighted,measured at a zero-dBm transmission level point.
transmission level point (TLP): In a telecommunications system, a test point, i.e., a point where a signal may be inserted or measured, andfor which the nominal power of a test signal is specified.
dBm0: Power in dBm referred to or measured at a zero transmissionlevel point (0TLP). Note 1: A 0TLP is also called a point of zerorelative transmission level (0 dBr0). Note 2: Some internationaldocuments use dBm0 to mean noise power in dBm0p(psophometrically weighted dBm0). In the United States, dBm0 is notso used.