Radiocomunicaciones

1. Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES
Conferencia 12: Radioenlaces terrenales
del servicio fijo
Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTM
Profesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y
Telecomunicaciones.
Universidad Nacional de Ingeniería
I Sem 2015

2. Objetivos
Conocer los datos que son utilizados en el proceso de
diseño de un radioenlace
Comprender el efecto y beneficios de la diversidad en el
despliegue de radioenlaces.
2I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

3. Contenido
• Datos de propagación necesarios para cálculo de
radioenlaces
• Diversidad
• Tipos de diversidad
• Mejora por diversidad
3I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

4. Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
4I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Objetivo de diseño:
• Visibilidad directa en cada vano, en condiciones normales de refractividad (k=4/3)
• Despejamiento necesario  altura de antenas
• El problema consiste en determinar las pérdidas básicas de propagación:
 gpaddibfb LLLLLLL 
Pérdidas: Espacio libre, + adicionales de: difracción, desvanecimiento, ángulo de apuntamiento, precipitaciones, y
absorción por gases
• La metodología en el diseño de un radioenlace (vano por vano). Los pasos son:
1. Análisis de la geometría del perfil
2. Análisis de pérdidas adicionales debidos a la atmósfera
 determinar altura de las antenas p/LOS
 Desvanecimiento factor “k”
 Atenuación por gases atmosf.
3. Análisis de atenuación hidrometeórica  Atenuación por lluvia
4. Análisis de despolarización
5. Análisis de desvanecimiento multitrayecto  Plano y Selectivo
6. Protección ante desvanecimiento multitrayecto  Técnicas de diversidad

5. PASO 1: Cálculo de las alturas de las antenas
• Mínimas necesarias para asegurar la transmisión en:
• Condiciones normales (pérdidas de difracción tolerable)
• Condiciones anómalas (probabilidad pequeña de pérdida de visibilidad)
• Rec ITU-R PN 530 (sin diversidad)
1. k (k=4/3)  ht, hr : despejamiento = R1
2. ke =k(0.1%)  ke (efectivo, rebasado el 99.9%) para el mes más desfavorable.
3. Nuevo cálculo de las altura ht, hr con ke para:
a) Clima templado:
• despejamiento = 0.0R1 obstáculo aislado (incidencia rasante)
• despejamiento = 0.3R1 obstáculo redondeado o meseta
b) Clima tropical:
• despejamiento = 0.6R1 si d  30 Km
4. ht y hr son valores máximos obtenidos en 1 y 3.
• Si salen cero: 10 – 15m
• Despejamiento respecto a entorno inmediato
• Seguridad y protección delainstalación
Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
5I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

6. Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
6I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
PASO 2: Pérdidas adicionales
• Atenuación por gases y vapores (f  10 GHz)
• Difracción por factor k, se calcula para ke y el parámetro v del obstáculo con
despojamiento insuficiente
PASO 3: Atenuación por lluvia
• Considerar efecto a frecuencias altas (f  7 GHz)
• Calcularlo para un porcentaje de tiempo rebadado, p (% de indisponibilidad).
PASO 4: Despolarización
• Para estudios de compatibilidad e interferencia
PASO 5: Desvanecimiento multitrayecto
• Originado por reflexión en el suelo
• Profundos y de larga duración
• Bloquear el rayo reflejado
• Originado por dispersión en atmósfera
• Desvanecimiento troposférico
• Cuando es selectivo es mas severo
• Aplicar el método conveniente de cálculo
   
(%)101)( 10/00085.0082.097.02.3 Fhf
p
L
dKFp 
 
Método 1 de la Rec. ITU-R P.530

7. Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
7I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
PASO 5: Desvanecimiento multitrayecto (CONTINUACIÓN)
• Efecto de la selectividad en RE digitales
• ISI  BER , Despreciable Rb  10 Mbps, Importante Rb  20Mbps
• Divesidad + Ecualización + Codificación
• No mejora a potencia 
• Recuperación de portadora: Error de fase=giro en la constelación
• Temporización: No en la máxima abertura del diagrama de ojo

8. Datos de propagación necesarios para el cálculo del radioenlace
8I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
PASO 6: Protección ante desvanecimiento
• Aplicar técnicas de diversidad,
• Inclinación de las antenas (RR en mínimo diagrama radiación),
• Desplazamiento del punto de reflexión
• Apantallamiento RR
• Sistemas antirreflectantes: se ponen en fase (con φ) los RD y se calcula “s”
para cancelar la suma de RR.
Alturas antenas
arreglos de antenas

9. Diversidad
Concepto
Consiste en transmitir la misma información por distintos “caminos radioeléctricos” que
se vean afectados de forma independiente por el multitrayecto.
 Objetivo: Permite superar los efectos adversos del desvanecimiento
multitrayecto
 En Rx se tienen varias señales incorreladas que se procesan para generar una
única señal mejorada
 Clasificación
 Según los parámetros del camino radioelécrico que cambian:
 Diversidad espacial
 Diversidad de frecuencia
 Diversidad de ángulo
 Diversidad de trayecto
 Según el tipo de procesado de señal
 Diversidad por conmutación
 Diversidad de combinación
 Cuando menos correlación entre las señales, más eficaz es el sistema
 Ventajas:  % de tiempo de desvanecimiento,  fiabilidad, mejora SNR y/o BER
 Las técnicas de diversidad no resuelven el
problema cuando los desvanecimientos se deben a
atenuación por lluvia o gases atmosféricos (salvo
quizá la diversidad de trayecto en ocasiones).
9I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

10. Diversidad: Espacial
Características
• Poco probable un doble desvanecimiento
• Una (1) sola frecuencia
• Redundancia sólo en Recepción: Fiabilidad en Rx.
• Dos (2) antenas y dos (2) receptores separados
h: altura del transmisor
Se aconseja una distancia vertical de:


150
4

h
d
h
10I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

11. Diversidad: En frecuencia
Características
• Dos (2) transmisores y dos (2) receptores
• El periodo de desvanecimiento difiere para dos 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 , dos en total (espectro es bien escaso y caro)
11I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

12. Diversidad: Montaje mixto – Espacio/Frecuencia
¡¡¡Cuando la separación de frecuencia no sea suficiente!!!
12I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

13. Diversidad: CuádrupleDiv.espacialDiv.espacial
Div.frecuencialDiversidad cuádruple: casos muy complicados, como largas distancias en mar.
 Diversidad de trayecto: lluvia. (circunstancias excepcionales)
 Diversidad de ángulo: se juega con haces de antenas
13I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

14. Diversidad: Tratamiento de las señal
• Selección por conmutación:
• Se elige la señal mejor. (mayor intensidad)
 Mayor intensidad
• Proceso de conmutación (inconvenientes):
 Microinterrupción (<10 μsg)
 Ruido de conmutación
• Sencillo y económico (ventajas)
• Selección por combinación: lineal y de
relación máxima
• RF/FI versus BB:
 Antes de combinar poner las señales en fase
 Mas sencillo en BB que RF/IF
• Suma (Combinación lineal)
 Se suman las señales en BB y en fase (en
tensión y ruido)
 Si para las señales Pi<<Pj (6dB) se
desprecia la primera.
• Combinación lineal ponderada.
 Se maximiza la relación s/n
 ixx
 ii xax



































 


n
s
M
nM
x
n
x
n
s
r
M
i
i
M
i
i
M
i
i
2
2
1
2
1
2
1
Minn ri ,...,2,1, 
14I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

15. Diversidad – Mejora “I”
Beneficios ya vistos:
Aumenta fiabilidad, mejora S/N o BER y reducción del % tiempo en que se
rebasa una profundidad de desvanecimiento
Factor de mejora:
Se define como :
(F)p
p(F)
I
d
p
diversidadconientodesvanecimdeadProbabilid
ientodesvanecimdeadProbabilid

)BERRTiempo (BE
)BERRTiempo (BE
I
r
r
p
diversidadxproteccióncon
diversidadxprotecciónsin



15I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

16. Diversidad-Mejora
Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra
 s: separación vertical entre los centros de antenas (m) (3 ≤ s ≤ 23)
 f: frecuencia (GHz) (2 ≤ f ≤ 11)
 d: longitud del trayecto (km) (43 ≤ d ≤ 240)
 P0: Factor de aparición del multitrayecto (en %)
 F: Profundidad de desvanecimiento para el trayecto no protegido (dB) (M  F)
 V: |G1-G2|
 G1 y G2 (dB) ganancias de antenas terminales
     10/04.1
0
48.012.087.0
1004.0exp1 VF
p PdfsI 

16I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
   
(%)101 00085.0032.097.02.3
0
Lhf
pdKP 
 
Donde P0 puede obtenerse como en la conferencia 9:
En trayectos sobre tierra, el factor de mejora por diversidad vertical en el espacio
para señales de banda estrecha, puede estimarse mediante:

17. Diversidad-Mejora
Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra
17I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
1. Coeficiente de correlación plana (no selectivo):

 TPTP
TP
pI 
12
2. Coeficiente de correlación selectivo:








 
.rr
rr
r
ww
w
r
w
w
TS
w
96280)1(395.01
9628.05.0)1(195.01
5.08238.0
5136.0
)1log(13.0109.02
;
;
;

2.1 Coeficiente de correlación de las amplitudes relativas:







ρ
r
TPTP
TPTP
w
26.0)1(6921.01
26.0)1(9746.01
2034.12
2170.22
;
;



18. Diversidad-Mejora
• Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra
18I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
3. Probabilidad de interrupción con diversidad:
3.1 Probabilidad de interrupción desvanecimiento plano (no selectivo):
TP
TP
TPd
I
p
p ,
3.2 Probabilidad de interrupción selectiva:
 2
2
,
1 TS
TS
TSd
p
p
 

3.3 Probabilidad de interrupción total de la transmisión:
  5.1
/22/2/
 

,TSTP
pppTT

19. Diversidad-Mejora
19I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Diversidad de frecuencia (ITU-R PN 530)
1. Se proponen las expresiones siguientes:
El método dado se aplica para un sistema 1 + 1. Análisis similar que en diversidad
espacial, pero utilizando la expresión:
10/
10
80 F
TP
f
f
df
I 




 


• Δ f : separación en frecuencias (GHz). Si Δ f > 0.5 GHz, utilícese Δ f = 0.5
• f : frecuencia de la portadora (GHz)
• F : margen contra desvanecimiento plano (dB).
Esta ecuación se aplica únicamente a las siguientes gamas de parámetros:
 2 ≤ f ≤ 11 GHz
 30 ≤ d ≤ 70 km
 Δ f / f ≤ 5%

20. • Lectura Obligatoria
• Transmisión por Radio
• Capítulo 5
Sección 5.8, 5.10
• Lectura Recomendada
• Ninguna.
20I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo