Radioenlaces: Diversidad y Desvanecimiento Selectivo

Propagación de Ondas
DESVANECIMIENTO SELECTIVO Y DIVERSIDAD
Javier Mart´ınez1
1 Universidad Técnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
1jfmartinez1@utpl.edu.ec
18 de julio de 2018
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagación de Ondas 18 de julio de 2018 1 / 34

Índice
1 DESVANECIMIENTO SELECTIVO
Generalidades
Signatura del receptor
Margen neto de desvanecimiento CFM
2 TÉCNICAS DE DIVERSIDAD
Generalidades
Diversidad de espacio
Diversidad de frecuencia
Diversidad Cuádruple
Redundancia de equipos

DESVANECIMIENTO SELECTIVO
´Indice
Generalidades
Generalidades

DESVANECIMIENTO SELECTIVO Generalidades
´Indice
Generalidades
Generalidades

DESVANECIMIENTO SELECTIVO Generalidades
Generalidades
DESVANECIMIENTO SELECTIVO
Los SES son producidos por el efecto del desvanecimientos por
multitrayecto, que pueden ser plano o selectivo.
Cuanto menos irregularidades tenga el terreno mayor multitrayecto
existirá. Ejm: Llanuras, lagos, mar, regiones costeras.
Para enlaces cuya velocidad sea < 34 Mbps solo se toma en cuenta el
desvanecimiento plano
Para enlaces cuya velocidad sea > 34 Mbps solo se toma en cuenta el
desvanecimiento plano y selectivo
Desvanecimiento selectivo se calcula mediante dos métodos:
1 Método de la signatura
2 Método del margen neto de desvanecimiento
[Hernando, 2013, Cap.5,p.364]

DESVANECIMIENTO SELECTIVO Signatura del receptor
´Indice
Generalidades
Generalidades

SIGNATURA DEL RECEPTOR
Es una caracter´ıstica del receptor, indica la medida en el que el equipo
introducirá errores al recibir un señal degradada
B en dB profundidad de
desvanecimiento selectivo
f0 separación entre portadora y
frecuencia de ranura
Una curva por cada valor del retardo o
eco τ y la modulación.
Si τ < 0 desv. de fase m´ınima (MP),
si τ > 0 desv. de fase no m´ınima
(NMP)
Altura depende de modulación,
ecualización y τ
Anchura es independiente

La zona interior de la curva
BER > BER0
La zona exterior de la curva
BER < BER0
Cuanto menos angosta y baja sea la
curva menos desvanecimiento selectivo
se producir´a.
Menor suceptibilidad de
desvanecimientos en frecuencia
cercanas a la portadora (frecuencia
central)
De la curva se obtiene: altura,anchura
media y τ(Valor normalizado = 6.3
ns)

C´alculo del porcentaje del tiempo PTS
PTS Porcentaje del tiempo que se produce desvanecimiento selectivo
PTS = ps. 100 [ %] (1)
Donde :
ps = η.p(o|η) (2)
Que es la probabilidad de producirse un desvanecimiento selectivo. Siendo:
p(o|η) = η.pb(1).k.( ¯τ2/T2
s ) (3)
Donde:
η Factor de actividad de multitrayecto
η = 1 − e−0,2P0,75
0 (4)
P0 = 0,01. pw. 10M/10
(5)

pb(1) Valor de la densidad de probabilidad de b.
k Signatura normalizada. Se obtiene a partir de la curva de signatura.
k = KA.KB (6)
Donde:
KA = W(MHz).Ts , KB =
Ts
τ
. 10−Bc/20
(7)
W(MHz) anchura base signatura, Ts periodo de s´ımbolo, Bc altura curva
de signatura
[Hernando, 2013, Cap.5,p.368-369]

τ2 momento de segundo orden de la distribución de retardo del eco:
¯τ2 = 2τ2
m (8)
Retardo medio será:
τm(ns) = 0,7
d
50
1,3
d: distancia del trayecto en km (9)
Ts periodo del s´ımbolo.
Ts =
nro niveles modulacion
V elocidad(bps)
(10)
Ejemplo
Calcular el Ts si la velocidad es de 140 Mbps y la modulación es 16QAM

Para estimación rápida se puede usar la siguiente ecuación, con el modelo
de Mojoli, que tiene un valor intermedio:
PTS = η. 4,32.k.(τm/Ts)2
. 100 % (11)
EJERCICIO 1
Considere un radioenlace digital que tiene la siguientes caracter´ısticas:
1 Vb = 140 Mbps, Modulación 16 QAM.
2 pw = 0.003 %, M= 21 dB (Margen bruto o Thermal Fade Margin)
3 d= 32 km
4 W, Bc y τ obtener de la curva de signatura de la figura siguiente.
Calcular el porcentaje de tiempo con desvanecimiento selectivo PTS

Porcentaje del tiempo con desvanecimiento por multitrayecto:
PT = pw + PTS [ %] (12)
Luego el SESR incluido el desvanecimiento selectivo ser´a :
SESR = 0,01.PT . 2592000 [seg/mes] (13)
SESR = 25920.PT [seg/mes] (14)
Luego se compara con los criterios de la ITU-R de calidad para veriﬁcar si
cumple con los mismos [Hernando, 2013, Cap.5,p.367]

DESVANECIMIENTO SELECTIVO Margen neto de desvanecimiento CFM
´Indice
Generalidades
Generalidades

DESVANECIMIENTO SELECTIVO Margen neto de desvanecimiento CFM
Otro método del cálculo de desvanecimiento selectivo es usando el
CFM (Composite Fade Margin) o margen neto de desvanecmiento..
Se calcula de la siguiente manera:
CFM(dB) = 10. log(10−TFM/10
+ 10−DFM/10
) (15)
Donde:
TFM (Thermal Fade Margin ) o margen bruto de desvanecimiento M.
en dB
DFM (Dispersive Fade Margin) o margen de desvanecimiento
selectivo. Este valor lo especifica el fabricante del equipo en dB.
El porcentaje de tiempo se calcula usando la fórmula de pw pero en vez de
M usar el CFM, es decir pw(CFM)

T´ECNICAS DE DIVERSIDAD
´Indice
Generalidades
Generalidades

T´ECNICAS DE DIVERSIDAD Generalidades
´Indice
Generalidades
Generalidades

Generalidades
Permite superar efectos desvanecimiento multitrayecto
Transmisión misma información por dos caminos radioeléctricos
diferentes
Se verán afectados de distinta manera por el desvanecimiento
Se procesan las señales y se genera una única señal.
Según el parámetro del camino radioeléctrico:
1 Diversidad de espacio
2 Diversidad de frecuencia
3 Diversidad de ángulo
4 Diversidad de polarización
5 Diversidad de trayecto
Según el tipo de procesamiento:
1 Diversidad de conmutación
2 Diversidad de combinación

Ventajas
VENTAJAS
Reducción del porcentaje tiempo de desvanecimiento por
multitrayecto
Aumento de la fiabilidad, la tener cierta redundancia
Mejora de la calidad en la S/N o BER
USOS
Se debe usar en trayectos donde desvanecimiento por multitrayecto es
elevado.
Terrenos planos o regulares, cuerpos de agua como mares, lagos.
Diversidad es de poca ayuda frente a desvanecimientos provocados
por la atmósfera o lluvia.

T´ECNICAS DE DIVERSIDAD Diversidad de espacio
´Indice
Generalidades
Generalidades

Dos antenas separadas algunas decenas de longitud de onda.
La se˜nal es receptada por dos antenas y dos receptores, es transmitida
por dos caminos distintos
Se usa la misma frecuencia f
Distancia vertical S recomendada:
S =
λ.d
4.h
≥ 150λ (16)
d: distancia vano en km, h altura antena Tx en m.
[Hernando, 2013, Cap.5,p.373] y [ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

Coeficiente de correlación no selectivo k2
ns,s :
k2
ns,s = exp −0,0004.S0,87
f−0,12
d0,48
p−0,04
0 η−1
(17)
La mejora por diversidad I:
I =
100η
p0
1 − k2
ns,s 1 −
p0
100η
10−TFM/10
10(TFM−V )/10
(18)
Donde:
TFM Margen bruto de desvanecimiento del enlace dB
po es Po en %
S separación entre las antenas en metros(3 ≤ S ≤ 23 )
f frecuencia en GHz (2 ≤ f ≤ 11 )
d distancia del enlace en km (43 ≤ d ≤ 240 )
V = |(G1 − L1) − (G2 − L2)| L1 y L2 son pérdidas alimentador y conectores
G1 y G2 son las ganancias de antenas RX en dBi
[ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

Porcentaje de tiempo con desvanecimiento plano, con protecci´on de
diversidad de espacio:
pdns =
pw
I
[ %] (19)
Para el caso de desvanecimiento selectivo revisar la ITU-R P.530-17
[ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

T´ECNICAS DE DIVERSIDAD Diversidad de frecuencia
´Indice
Generalidades
Generalidades

Doble transmisión/recepción en frecuencias distintas
Separación de frecuencias ∆f debe ser del 3-5 %
Comúnmente se usan separaciones del 1-2 %
Dos transmisores y dos receptores
Inconveniente uso de radiocanales adicionales
[Hernando, 2013, Cap.5,p.373] y [ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

Coeficiente de correlación desvanecimiento no selectivo(plano)por
diversidad de frecuencia:
k2
ns,f = exp −
0,07
η
∆f(GHz)
f(GHz)
(20)
Donde: ∆f es la variación de frecuencia si ∆f > 0,5 → ∆f = 0,5 y f la
frecuencia portadora.
Se usan en los siguientes rangos: 2 ≤ f ≤ 11 y 30 ≤ d(km) ≤ 70
[ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

Para calcular el factor de mejora I se usa la ecuaci´on 18, reemplazando
k2
ns,s por k2
ns,f
Luego el porcentaje de tiempo con desvanecimiento no selectivo, se calcula
de la misma manera.
pdns =
pw
I
[ %] (21)
[ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

TÉCNICAS DE DIVERSIDAD Diversidad Cuádruple
Índice
Generalidades
Generalidades

TÉCNICAS DE DIVERSIDAD Diversidad Cuádruple
Se combina cuatro transmisores/receptores y cuatro antenas
Diversidad de frecuencia y espacio
Para calcular el factor de mejora se multiplica los coeficientes k2
ns,s y
k2
ns,f y se aplica la ecuación 18.
[ITU-R, 2017, Rec.P.530-17]

T´ECNICAS DE DIVERSIDAD Redundancia de equipos
´Indice
Generalidades
Generalidades

Se usan equipos de reserva
Cuando falla el principal entra en operación el de reserva
Un equipo de reserva se comparte entre N canales
Protección N+1. Ejemplo configuración 1+1 se tiene dos transmisores
y dos receptores
Se activan mediante conmutadores
Si los dos equipos usan la misma frecuencia, es isofrecuencia con
reserva activa (hot standby)

En un enlace con m vanos consecutivos
Configuración N + P (N canales principales + P equipos reserva)
Un equipo de reserva se comparte entre N canales
Si q = MTTR/MTBF
La indisponibilidad por aver´ıas de equipos con protección será:
UE( %) = 100.
2
N
(N + P)!
N(P + 1)!(N − 1)!
(mq)P+1
(22)
Para configuración N + 1, se tiene :
UE( %) = 100(N + 1)(mq)2
(23)

Bibliograf´ıa
[Hernando, 2013] Hernando, J. M. (2013).
Transmisión por Radio. 7ma Edición.
Editorial Universitaria Ramón Aceres, 7ma edition.
[ITU-R, 2017] ITU-R (2017).
P.530-17: Datos de propagación y métodos de predicción necesarios
para el diseño de sistemas terrenales con visibilidad directa.

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