1 Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Capitulo 3: Propagación en Canales Móviles VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas Introducción. • Crecimiento rápido e ininterrumpido de los sistemas de comunicaciones móviles. • Utilización de nuevas tecnologías. • Evolución del escenario. – Áreas rurales. – Entornos urbanos. – Interiores de edificios. • Evolución paralela de los métodos empleados para describir y caracterizar la propagación por canales móviles y predecir sus efectos. UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas Introducción (2) • Tres aspectos fundamentales: – Cobertura zonal. • Predicción de propagación entre el TX y un número elevado de RXs. – Multiplicidad de trayectos. • Influencia del terreno y obstáculos. – Variabilidad de los trayectos. • Variabilidad espacio-temporal. UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas Introducción (3) • Actividades de la planificación de sistemas de comunicaciones móviles. 1. Caracterización del canal móvil en banda estrecha. • Perdida básica de propagación. (zona de cobertura). • Métodos de predicción (UIT-R, COST). UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Exactitud Tiempo de Calculo Complejidad Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas Introducción (4) • Actividades de la planificación de sistemas de comunicaciones móviles (2). 1. Caracterización del canal móvil en banda estrecha (2). • La propagación de ondas en medios reales por ecuaciones de Maxwell. • Uso de modelos simplificados basados en la óptica geométrica. • Expresiones empíricas o curvas de propagación normalizadas obtenidas a partir de mediciones. UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas Introducción (5) • Actividades de la planificación de sistemas de comunicaciones móviles (3). 1. Caracterización del canal móvil en banda estrecha (3). • Características de propagación: – El trayecto de propagación respecto a obstáculos (suelo, colinas, edificios, vegetación, etc.). – Características eléctricas del terreno (constante dieléctrica, conductividad, permitividad, etc.). – Propiedades físicas del medio (Intensidad de precipitaciones, absorción por gases y vapores). – Frecuencia y polarización de las ondas UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Capitulo 3: Propagación en Canales
Móviles
VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción.
• Crecimiento rápido e ininterrumpido de los
sistemas de comunicaciones móviles.
• Utilización de nuevas tecnologías.
• Evolución del escenario.
– Áreas rurales.
– Entornos urbanos.
– Interiores de edificios.
• Evolución paralela de los métodos empleados para
describir y caracterizar la propagación por canales
móviles y predecir sus efectos.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (2)
• Tres aspectos fundamentales:
– Cobertura zonal.
• Predicción de propagación entre el TX y un número
elevado de RXs.
– Multiplicidad de trayectos.
• Influencia del terreno y obstáculos.
– Variabilidad de los trayectos.
• Variabilidad espacio-temporal.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (3)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles.
1. Caracterización del canal móvil en banda
estrecha.
• Perdida básica de propagación. (zona de cobertura).
• Métodos de predicción (UIT-R, COST).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Exactitud
Tiempo de CalculoComplejidad
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (4)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles (2).
1. Caracterización del canal móvil en banda
estrecha (2).
• La propagación de ondas en medios reales por
ecuaciones de Maxwell.
• Uso de modelos simplificados basados en la óptica
geométrica.
• Expresiones empíricas o curvas de propagación
normalizadas obtenidas a partir de mediciones.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (5)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles (3).
1. Caracterización del canal móvil en banda
estrecha (3).
• Características de propagación:
– El trayecto de propagación respecto a obstáculos (suelo,
colinas, edificios, vegetación, etc.).
– Características eléctricas del terreno (constante dieléctrica,
conductividad, permitividad, etc.).
– Propiedades físicas del medio (Intensidad de
precipitaciones, absorción por gases y vapores).
– Frecuencia y polarización de las ondas
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (6)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles (4).
1. Caracterización del canal móvil en banda
estrecha (4).
– Lb= perdida básica.
– Lbf= perdida básica de espacio libre.
– Lex= Perdida en exceso debido a efectos del terreno.
– Lent= perdidas debido a efectos del entorno inmediato al
receptor.
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b bf ex entL L L L
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (7)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles (5).
2. Caracterización del canal móvil en banda
ancha.
• Perdida básica de propagación.
• Analizar y modelar efectos de propagación
multitrayecto.
• Uso de modelos de simulación.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (8)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles (6).
3. Desarrollo de modelos de simulación.
• BER Vs (perdida básica de propagación +
características de propagación multitrayecto).
• Medidas de corrección
– Recepción por diversidad.
– Codificación de canal.
• Modelo de canal: un filtro variable. Red de varias
etapas.
• Modelos hardware y software.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (9)
• Actividades de la planificación de sistemas
de comunicaciones móviles (7).
4. Realización de medidas radioeléctricas.
• Validación de los modelos de predicción de
propagación y simulación.
• Mediciones
– Detección de interferencias.
– Resolución de situaciones complejas.
– Perfeccionamiento de los métodos de predicción.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles
• Variabilidad de la Propagación
– Características de la zona de cobertura y del
desplazamiento de los terminales.
– Variaciones del nivel de señal con la posición y
con el tiempo.
– Potencia transmitida fija → Potencia recibida es
una variable aleatoria.
– Perdida básica de propagación f(distancia). Ley
de potencias.
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n
bl d k d
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (2)
• Variabilidad de la Propagación (2)
– Lb (Ley lineal. Ley empírica).
– Pendiente 10n.
– En el origen. d=1. Lb=L0.
– L0 y n pueden obtenerse experimentalmente.
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0
0 0 010 log ; 10log
n
b
b
l d l d
L d L n d L l
3
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Variabilidad de la Propagación (3)
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (3)
Entorno Factor de exponente n
Espacio libre 2
Urbano 2.7-3.5
Urbano con grandes edificios 3-5
Interior de edificios 1.6-1.8
Interior de edifcios con sombras 2-3
Entorno suburbano 2-3
Zonas industriales 2.2
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (4)
• Variabilidad de la Propagación (4)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (6)
• Variabilidad de la Propagación (6)
– Desvanecimiento lento o por sombra (shadow
fading): variabilidad en la atenuación debido al
terreno y obstrucciones entre el transmisor y
receptor .
– Mayor precisión.
– lb(d) ley empírica.
– G(x,y) variable aleatoria gaussiana de media cero y
desviación típica σ(dB).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
,
,
b
b
l d l d g x y
L d dB L d G x y
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (7)
• Variabilidad de la Propagación (7)
– Desvanecimiento lento o por sombra (2)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Variabilidad de la Propagación (8)
– Desvanecimiento lento o por sombra (3):
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (8)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (9)
• Variabilidad de la Propagación (9)
– Multitrayectoria
• Baja altura de la antena del terminal móvil (1.5 a 3m).
• Múltiples trayectos indirectos de propagación
generados por la presencia de obstáculos cerca al
receptor (naturales y artificiales).
• Mecanismo básico de propagación de los canales
móviles.
• Variaciones muy rápidas del nivel recibido
desvanecimiento rápido (fast fading).
• Factor r(t,f)
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4
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (10)
• Variabilidad de la Propagación (10)
– Multitrayectoria (2)
• Desvanecimiento rápido es significativo en recorridos
de 40λ.
• La variable aleatoria r es proporcional al cuadrado de
una magnitud que sigue la distribución de Rayleigh
(distribución exponencial negativa).
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
, ,
, ,
b
b
l d l d g x y r t f
L d dB L d G x y R t f
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (11)
• Variabilidad de la Propagación (11)
– Multitrayectoria (3)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (12)
• Variabilidad de la Propagación (12)
– Multitrayectoria (4)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (13)
• Variabilidad de la Propagación (13)
– Promedio de perdidas en pequeño recorrido del
receptor (media local).
– Promedio de perdidas en un largo recorrido del
receptor (media global).
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,bL d dB L d G x y
bL d dB L d
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (14)
• Variabilidad de la Propagación (14)
– Si transmisor radia una PIRE igual a Pt, la
potencia Pr, recibida en una antena isótropa,
será:
– Pt fija, Pr variable aleatoria.
• Relación lineal. La ley de variación estadística de
Pr(d) es la misma que Lb(d).
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rP t bd dB P L d
rP , ,td dB P L d G x y R t f
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (15)
• Variabilidad de la Propagación (15)
– Las variaciones gaussianas y Rayleigh de la
potencia recibida se combinan entre sí.
• Distribución mixta Rayleigh-Lognormal.
– Si hay visibilidad directa entre TX y RX, junto a
las componentes de multitrayectoria existe un
rayo directo .
• No hay desvanecimiento lento.
• Componente intensa y componente difusa (ecos).
• Distribución Nakagami-Rice.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Variabilidad de la Propagación (16)
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Señal
recibida (dBu)
tiempo
Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (16)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Características Básicas de la Propagación
por Canales Móviles (17)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Métodos de Predicción de Propagación (7)
• Predicción en macroceldas a 450MHz.
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Métodos de Predicción de Propagación (7)
• Predicción en Munich
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
• Modelos Microcelulares – Cobertura reducida
– Requieren condición de línea de vista entre Tx y Rx.
– Los fenómenos importantes a tener en cuenta son:
• La reflexión en el suelo, sobre los edificios u otros obstáculos.
• Sobre los obstáculos cercanos al móvil es muy probable la difracción
• Dependiendo de la frecuencia puede presentarse dispersión.
– En este entorno se utilizan modelos tridimensionales
– Los modelos tridimensionales:
• Técnica de trazado de rayos (Ray Tracing)
• Su precisión se basa en el número de componentes o rayos que se consideren.
• Asumen que la altura de la antena transmisora está por encima de los edificios.
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Métodos de Predicción de Propagación (8)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Métodos de Predicción de Propagación (9)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Métodos de Predicción de Propagación (10)
• Modelos Picocelulares.
– Su cobertura es más restringida.
– Por condiciones de propagación y frecuencia de
operación normalmente requieren condición de línea de
vista.
– Se dividen en dos tipos: con línea de vista y obstruido.
– Se consideran para propagación en interiores de
edificios, oficinas, industria o centros comerciales. Su
modelado hace consideraciones de absorción en función
del tipo de material de construcciones.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
Métodos de Predicción de Propagación (12)
• Modelos Picocelulares(2) – La técnica más conocida, Ray Tracing, que analiza
individualmente cada rayo lanzado desde el Tx. • Pérdidas por división en el mismo piso (Hard partitions y Soft
partitions).
• Para todo tipo de material presente se tiene tabuladas las pérdidas que produce sobre la señal.
• Pérdidas entre pisos, según el tipo de material separador entre pisos y sus dimensiones (tablas de atenuación disponibles (13 a 34 dB típicos)). Con respecto a otros edificios se tiene en cuenta la posición de las ventanas, sus dimensiones y el número de ellas.
• Pérdidas ocasionadas por el movimiento de objetos o de las personas.
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Métodos de Predicción de Propagación (13)
• Modelos Picocelulares(3)
–Modelos empíricos.
–Modelos deterministico.
–El modelo probabilístico/estadístico.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Métodos de Predicción de Propagación (14)
• Modelos Picocelulares(4)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Métodos de Predicción de Propagación (15)
• Modelos Picocelulares(5)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Canales Multitrayecto
• Sistemas móviles analógicos. Sistemas de
banda estrecha. Caracterización básica.
• Sistemas móviles digitales. Sistemas de
banda ancha. Efectos adicionales por
propagación multitrayecto y desplazamiento
del móvil.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Canales Multitrayecto (2)
• El tipo de desvanecimiento experimentado por una
señal propagandose a través de un canal radio
móvil depende de las caracteristicas de la señal
transmitida y el canal.
– Parámetros de la señal: ancho de banda, periodo de
simbolo, etc.
– Parámetros del canal: Dispersión del retardo (delay
spread) y dispersión Doppler (Doppler spread).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Canales Multitrayecto (3)
• Mecanismos de dispersión:
– Dispersión en tiempo (dispersión de retardo)
genera desvanecimiento selectivo en frecuencia.
– Dispersión en frecuencia (dispersión Doppler)
genera desvanecimiento selectivo en el tiempo.
• Los dos mecanismos son independientes
uno del otro.
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Canales Multitrayecto (4)
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