Propagación de ondas

1. Propagación de Ondas
Electromagnéticas

2. Sistema de comunicación
• En un sistema de comunicación, en la primera
sección se encuentra la etapa del transmisor, que
se encarga del procesamiento de la información.
▫ En esta sección, es donde se acondicionan los
datos a transmitir, los cuales son codificados con
el objetivo de reducir la degradación en su
propagación, así como ofrecer fiabilidad y
seguridad de la transmisión en presencia del ruido
generado por el canal.

3. Sistema de comunicación
• La multicanalización es una técnica que se
emplea para reducir la degradación de la señal,
la cual se ha aplicado principalmente en
ambientes de multiusuarios.
• En esta etapa se divide la información de los
usuarios a través de varios canales, para lo cual
se emplean secciones de tiempo, frecuencia,
código, etc., lográndose una mayor eficiencia en
el empleo del espectro e incremento del ancho
de banda del canal.

4. Sistema de comunicación
• El empleo de portadoras moduladas en un canal
de comunicación, tiene como objetivo facilitar la
propagación en el canal e incrementar la
cantidad de información transmitida.
• Existen varias técnicas para modular la
información, entre algunas de ellas se puede
encontrar las portadoras analógicas conocidas
como AM, FM y PM. Dentro de los sistemas con
modulación digital se tienen las de tipo BPSK,
QPSK, FSK, etc.

5. Sistema de comunicación
• En la segunda etapa se encuentran los canales de
comunicación usados para la transmitir la información.
• Esta sección, es principalmente la parte que afecta a la
señal que se desea transmitir, entre algunos canales de
comunicación están los conocidos como:
▫ Bifilares
▫ Fibra Óptica
▫ Guías de Onda
▫ Cable Coaxial
▫ Espacios Libres o
▫ Inalámbricos, etc.

6. Sistema de comunicación
• En la tercera etapa referente al receptor, la señal
se capta por una antena receptora, la cual se
encarga de trasladar el campo magnético
recibido a un demodulador para separar la
información que se encuentra en la portadora.
• Posteriormente, esta información es
demulticanalizada y finalmente decodificada,
con el objetivo de poder obtener la información
que fue transmitida originalmente.

7. Datos de forma
binaria
101100
Codificación para
Multicanalización
DSSS DHSS
Multicanalización
TDMA FDMA CDMA OFDM
Modulación
Análoga
AM
FM
Digital
BPSK
QPSK
Datos de forma binaria Deodificación para
Multicanalización Demulticanalización Demodulación
Bifilares
Espacies Libres
Fibra Óptica
Cable Coaxial
Canal de Propagación
Etapas que componen un sistema
de comunicación
Transmisor
Receptor
Canal

8. Sistema de comunicación
inalámbrico
• El sistema de comunicación inalámbrico está
constituido por un transmisor, que es el
encargado de procesar la información y
posteriormente radiarla.
• El receptor es el encargado de captar la señal,
procesarla y así poder recuperar la información.

9. Sistema de comunicación
inalámbrico
• Dentro de este canal existen dos formas de
establecer la comunicación entre transmisor y
receptor.
▫ El primero de ellos es cuando entre Tx y Rx por lo
menos recibe una señal en forma directa, a este
proceso se le llama enlace LOS (Line-of-sight).
▫ El segundo, es cuando la señal transmitida entre
Tx y Rx llega de manera indirecta, al cual se le
conoce como enlace NLOS (Non-line-of-sight).

10. Sistema de comunicación
inalámbrico
• Dentro del canal inalámbrico, existen varios
fenómenos físicos que se pueden presentar al
momento de radiar la señal, entre ellos se
pueden considerar:
▫ Los que ocasionan las pérdidas por trayectoria,
▫ Dispersión de campo
▫ Reflexión de la señal,
▫ Absorción, etc.

11. Sistema de comunicación
inalámbrico
• Otro factor importante en el canal de comunicación,
depende del área en donde se va a propagar la señal que
transporta información, ya que en diferentes medios, el
comportamiento y la degradación del campo no es el
mismo.
• La propagación de las señales se clasifica en cuatro zonas
denominadas:
▫ Interiores de edificios (indoor),
▫ Urbanas,
▫ Suburbanas y
▫ Rural.

12. Sistema de comunicación
inalámbrico
• La propagación de estas señales a su vez puede
clasificarse en forma:
▫ Determinista,
▫ Empírica,
▫ Semi-empírica y
▫ Probabilística
• El modelado de un canal inalámbrico de comunicación,
sirve para predecir qué factores degradan el campo
electromagnético que trasporta la información desde la
salida de los datos, su proceso de transmisión hasta el
momento de obtener la señal en la antena receptora,
procesarla y así poder interpretar los datos transmitidos.

13. ¿Qué es una onda?
 Es una perturbación de alguna propiedad de
un medio, que se propaga a través del espacio
transportando energía
 El medio perturbado puede ser de
naturaleza diversa como aire, agua, un trozo
de metal o el vacío

14. ¿Qué parámetros definen una onda?
LONGITUD DE ONDA ()
Distancia entre dos puntos cuyo estado de
movimiento es idéntico, como por ejemplo crestas
o valles adyacentes.
AMPLITUD (A)
Es el valor máximo que adquiere una variable en un fenómeno
oscilatorio
A
FRECUENCIA (f)
Número de repeticiones de cualquier fenómeno o
suceso periódico en una unidad de tiempo
PERIODO (T)
Es el tiempo empleado por cada partícula en una oscilación
completa.
Entonces: f  1 / T

15. ¿Cómo se clasifican las ondas?
Según el medio en
que se propagan
Ondas mecánicas: Necesitan medio de
propagación
Ondas electromagnéticas: No necesitan
medio de propagación
Según la dirección
de la perturbación
Ondas longitudinales: Movimiento de las
partículas producido por la perturbación es
paralelo a la dirección de propagación de la onda
Ondas transversales: Las partículas se
mueven perpendicularmente a la dirección de
propagación de la onda.

17. Radiaciones electromagnéticas
• Son una forma de propagación de energía a través
del espacio sin necesidad de un medio material.
• Abarcan un espectro muy amplio de tipo de onda,
desde las microondas hasta los rayos X y , pasando
por la luz visible.
• Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de
alta frecuencia (energías mayores a 1 keV).

18. Propiedades de las radiaciones
electromagnéticas
• No tienen masa
• No tienen carga eléctrica
• Viajan a la velocidad de la luz
• Tienen energías diferentes y mensurables
(frecuencias y longitud de onda)

19. Las ondas electromagnéticas consisten en la propagación
de una doble vibración: de un campo eléctrico (E) y de un
campo magnético (H). Estas 2 vibraciones están en fase,
tienen direcciones perpendiculares, y se propagan en el
vacío a una velocidad de 300.000 km/s según una
dirección perpendicular a los planos de vibración

20. f
c .





c = velocidad de la luz
= longitud de onda
= período
f = frecuencia

22. Propagación de las señales
• Propagación. Conjunto
de fenómenos por el cual
las ondas de radio
pueden viajar de un
punto a otro.
La onda puede atravesar diferentes medios
(sustancias) o encontrarse con obstáculos y como
resultado de ello sufrir importantes cambios de
dirección e intensidad en el proceso.

23. Propagación de las señales
• Las ondas se propagan a través de cualquier
material dieléctrico incluyendo el aire.
• No se propagan bien a través de conductores con
pérdidas como el agua de mar.
• Las ondas electromagnéticas viajan a través del
espacio libre en línea recta a una velocidad de
300, 000 metros por segundo.

24. Pérdidas de la señal en el espacio libre
• El espacio libre puede ser considerado como
vacío y no se consideran pérdidas.
• Atenuación: Cuando las ondas
electromagnéticas se encuentran en el vacío se
llegan a dispersar y se reduce su densidad de
potencia.
• La atenuación se presenta tanto en el espacio
libre como en la atmósfera terrestre.
• La atmósfera terrestre no se considera vacío
debido a que contiene partículas que pueden
absorber la energía electromagnética, a este
fenómeno se le llama Absorción.

25. Propiedades de las ondas
• Reflexión
▫ Se denomina reflexión de una onda al cambio de
dirección que experimenta ésta cuando choca
contra una superficie lisa y pulimentada sin
cambiar de medio de propagación. Si la reflexión
se produce sobre una superficie rugosa, la onda se
refleja en todas direcciones y se llama difusión.

26. Propiedades de las ondas
• Refracción
▫ Se denomina refracción de una onda al cambio de
dirección y de velocidad que experimenta ésta
cuando pasa de un medio a otro medio en el que
puede propagarse. Cada medio se caracteriza por
su índice de refracción.

27. Propiedades de las ondas
• Difracción
▫ Se denomina difracción de una onda a la
propiedad que tienen las ondas de rodear los
obstáculos en determinadas condiciones. Cuando
una onda llega a un obstáculo (abertura o punto
material) de dimensiones similares a su longitud
de onda, ésta se convierte en un nuevo foco emisor
de la onda.

28. Propiedades de las ondas
• Interferencia
▫ Se denomina interferencia a la superposición o
suma de dos o más ondas. Dependiendo
fundamentalmente de las longitudes de onda,
amplitudes y de la distancia relativa entre las
mismas se distinguen dos tipos de interferencias:
 Constructiva: se produce cuando las ondas chocan
o se superponen en fases, obteniendo una onda
resultante de mayor amplitud que las ondas
iniciales.

29. Propiedades de las ondas
• Destructiva: es la superposición de ondas en antifase,
obteniendo una onda resultante de menor amplitud que
las ondas iniciales.
• Normalmente, las interferencias destructivas generan
ruidos desagradables y normalmente deben ser
eliminadas, mientras que las constructivas suelen
obtenerse voluntariamente.

30. Propagación de ondas electromagnéticas
• Las ondas de radio se propagan a lo largo de la
tierra de diferente manera.
• Las dos rutas principales por las cuales pueden
viajar desde transmisor a receptor son:
▫ Alrededor de la tierra (ondas de tierra) o
▫ A través de la ionósfera (ondas de cielo).
• En el rango de frecuencias de las
comunicaciones móviles terrestres predominan
las ondas de tierra.

31. Onda Terrestre
• Es el modo dominante de propagación para
frecuencias por debajo de 2 MHz.
• La onda electromagnética tiende a seguir el
contorno de la tierra.
▫ La difracción de la onda causa su propagación a lo
largo de la superficie terrestre

32. Propagación de onda terrestre (debajo de 2 MHz)

33. Onda Celeste
• Este es el modo dominante de propagación en el
rango de frecuencias de 2 a 30 MHz.
• La cobertura de larga distancia se obtiene
mediante la reflexión de la onda en la ionosfera y
los límites terrestres.
• Las ondas se refractan (o se flexionan) en la
ionosfera gradualmente en una forma de U
invertida, debido que el índice de refracción
varía de acuerdo a la altitud conforme la
densidad de ionización cambia.

34. Propagación de onda celeste (de 2 a 30 MHz)

35. Línea de vista
• Es el modo dominante para las frecuencias
arriba de 30 MHz.
• En este caso, la onda electromagnética se
propaga en una línea recta.
• Existe muy poca refracción por la ionosfera. De
hecho, la señal se propagará a través de la
ionosfera.
• Las comunicaciones por satélite utilizan esta
propiedad.

36. Línea de vista
• El modo de LOS posee la desventaja de que, para
una comunicación entre dos estaciones
terrestres (Tierra), la trayectoria de la señal debe
ser por encima del horizonte. De otra manera, la
Tierra bloquearía la trayectoria de LOS.
• Por lo tanto, las antenas deben colocarse en
torres altas para que la antena receptora pueda
“ver” a la antena transmisora.

37. Propagación de línea de vista (LOS, arriba de 30 MHz)

38. Modelos de Propagación
• La señal emitida por una antena (emisor) va a
experimentar múltiples transformaciones en su
señal y camino a lo largo de su trayectoria por el
medio de propagación, llegando al receptor solo
una pequeña parte.
• El camino entre receptor y emisor puede variar
en múltiples formas debido a la existencia de
diferentes obstáculos. Esto hace muy difícil
predecir la señal recibida en un determinado
punto o analizar el canal de radio.

39. Modelos de Propagación
• Un modelo de propagación predice el valor
medio de señal o las pérdidas de trayectoria
entre un transmisor y un receptor en función de
la distancia.
• Hay cantidad de factores que afectan la media de
las pérdidas de camino:
▫ Perfil del terreno,
▫ Presencia de obstáculos,
▫ Altura de antena de transmisor y receptor,
▫ Frecuencia de operación, etc.

40. Modelos de propagación en redes
inalámbricas
• Se pueden clasificar según la zona de cobertura
en dos tipos principales:
▫ Modelos outdoor
▫ Modelos indoor
• Ateniéndonos al tamaño de la zona de cobertura,
los modelos outdoor se pueden dividir en:
▫ Modelos de propagación en zonas grandes
(macroceldas) y
▫ Modelos de propagación de zonas pequeñas
(microceldas).

41. Modelos de Propagación
• Los modelos básicamente se dividen
en 3 grupos:
▫ Determinísticos,
▫ Estocásticos e
▫ Híbridos.

42. Modelos determinísticos
• Corresponden a una descripción exacta de las
causas de pérdida y multicamino.
• Presentan una gran exactitud pero debido a la
gran complejidad de la descripción exacta del
medioambiente son muy poco utilizados.
• Únicamente podrían usarse para casos con muy
pocas trayectorias múltiples (no más de 3 o 4).
▫ Espacio Libre (Friis)
▫ Difracción por objetos delgados
▫ Dos rayos

43. Modelos estocásticos
• Corresponden a un modelo estadístico del
entorno, siendo los más apropiados para
situaciones reales donde la cantidad de trayectos
múltiples es muy elevada y sería imposible
resolverla de manera determinística.
▫ Hata
▫ Okumura

44. Modelos Híbridos
• Son una combinación de los dos anteriores.
• Por ejemplo, un modelo estocástico es
Okumura-Hata,
• Walfisch-Ikegami es un modelo híbrido y el de
espacio libre es determinístico.
▫ Egli
▫ Walfisch (COST 231)
▫ Ikegami
▫ Longley Rice

45. Modelo de espacio libre
• Es el más simple de todos.
• Asume que el canal de RF está libre de cualquier
obstáculo que puede pueda afectar a la
propagación como absorción, difracción,
reflexión o dispersión.
• Tiene muy poco uso para realizar predicciones
para telefonía celular.
• Las pérdidas por trayectoria serán solamente
función de la distancia entre transmisor y
receptor.

46. Modelo de espacio libre
• La pérdida de camino entre transmisor y
receptor se expresa como:
• d: distancia [m]
• λ: longitud de onda [m]

47. Modelo de dos rayos
• Se basa en óptica geométrica, y considera tanto
la transmisión directa como una componente de
programación reflejada en la tierra entre el
transmisor y el receptor.

48. Modelo de Okumura
• Es ampliamente utilizado para predicción de
señales urbanas.
• Aplica para frecuencias en el rango 150 MHz a
1920 MHz, es decir VHF y UHF y distancias de
1 Km a 100 Km.
• Alturas de la antena en el rango de 30 m a
1000m.