Cap 2.2 Modelos de Propagacion

Modelos de propagación

Índice Introducción Clasificación

Modelos digitales del terreno

Modelos de propagación outdoor

Macrocelulares

Microcelulares

Modelos de propagación indoor

Empíricos

Semideterministas

Propagación en túneles

El crecimiento de los sistemas de comunicaciones móviles, la intro-

ducción de nuevas tecnologías y la extensión del ámbito de aplicación

(rural, urbano e interiores) han producido una evolución paralela

de los métodos empleados para describir y caracterizar la propagación.

Debe considerarse tres aspectos fundamentales:

1. Cobertura zonal

2. Multiplicidad de trayectos

3. Variabilidad de los trayectos

Introducción

1. Caracterización del canal móvil en banda estrecha

Cálculo de L y C/I

2. Caracterización del canal móvil en banda ancha

Tiempos de retardo

Ancho de banda de coherencia

3. Desarrollo de modelos de

simulación

Software y hardware (prototipos)

4. Realización de campañas de

medidas Detección de

coberturas dudosas Detección de

interferencias Mejora de los

modelos

BER

Fases en la Planificación

Características básicas

Variabilidad del entorno

PT determinista

PR carácter aleatorio

Variación del nivel medio de PR

K=f(tipo del terreno, frecuencia, ht y hrγ=f(medio de propagación) [2,4]

d=distancia TX-RX

l P P kd RT

L L0 10 logd

Propagación móvil

Cásicos (hasta los años 60):Ábacos de Bullington

Curvas del CCIR

Okumura (rural y urbano)

1ª Generación (métodos informáticos):

Obtención de perfiles

(Egli y Longley-Rice en rural y Hata en urbano)

Entorno local

(Ibrahim-Parsons, Ikegami y Walfisch-Bertoni)

2ª Generación (uso de MDTs)

Rurales y urbanos (COST 231 (W-I))

3ª Generación (basados en UTD)

Macrocelulares y microcelulares (Saunders-Bornard)

Evolución de los modelos

En una primera clasificación

Empíricos

Semi-empíricos

Deterministas

Semi-deterministas

En una segunda clasificación

Modelos bidimensionales

Modelos tridimensionales

Tipos de modelos de propagación

Semi-deterministicos

URBANA

CALIDAD DEL MODELO DIGITAL DEL TERRENO

COMPLEJIDAD DEL MODELO DEL CANAL MÓVIL

Evolución de los modelos de propagación

Macrocelulares

Modelos

Microcelulares

LOS

NLOSNLOS

Global

SatelliteSuburban

Urban

In- Building

Pico-Cell

Micro-Cell

Macro-Cell

Home-Cell

Modelos

Información geográfica

Modelo Digital del Terreno (MDT)

Planimetría (Imag. 2D) Altimetría (Imag. 3D)

Planificación

Cartografía Digital

Bases de Datos

Modelos de Propagación

TRAZADO DE PERFILES

PROPAGACIÓN

editarcortarpegarsalir

SIG

editarcortarpegarsalir

Planificación

FICHEROS ASCII

1.- Matriz de alturas

2.- Posición antena, altura antena,

potencia trasnmitida, etc

LENGUAJE

ALTO NIVEL

FICHERO ASCII

1.- Matriz de Campo

Macrocelulares

Modelo de Okumura-Hata

Modelo de Walfisch-Bertoni

Modelo de Walfisch-Ikegami

Modelo de Valencia (3D)

Modelos para entornos urbanos

Tablas de Okumura

Modelo empírico a partir de medidas experimentales

Curvas estándar de propagación, expresiones numéricas por medio de Hata

A 13.82 loghb ahm

B 44.9 6.55loghb

donde

69.55 26.16 logf c ahm hm1.1logf c 0.7 1.56logf c 0.8

L(dB), pérdidas en dB

R, distancia en Km. entre la Estación Base y el móvil

hb y hm, altura de la Estación Base y del móvil en m.

fc, frecuencia de trabajo en MHz

LdBABlogR


Expresión para A es aplicable si se cumple:Frecuencia, en el rango 150<f<1500 MHz

Altura efectiva de la antena transmisora, 30<hb<200 m.

Altura sobre el suelo de la antena receptora, 1<hm<10 m.

Distancia móvil-Base, 1<R<20Km.

Para ciudades grandes y en función de la frecuencia

ahm 8.29log1.54 hm 1.12

f 200 MHz

Para zonas suburbanas: edificios de baja altura y calles anchas

Para entornos rurales

L(dB) = A+BlogR+C

ah 3.2log11.75h 1.1 f 400MHz2

m m

( )


2C = −2 log − 5.428f

C 4.78log2 f 18.33log f 40.94

Antena isotrópica

TX

Cobertura Okumura-Hata

Antena real



Ventajas:

Fácil de programar

Bajo tiempo computacional

Desventajas:

Coberturas circulares

No tiene en cuenta la ondulación del terreno ni el grado de

urbanización

Desviaciones típicas del error 10-14 dB.


Suposiciones:Nucleo formado por edificios de gran altura,

rodeado por edificios de alturas relativamente uniformes

Edificios dispuestos en filas casi paraleras

En cada fila los edificios están separados un ancho menor al de los

propios edificios

Altura de la antena transmisora por encima de los edificios

1

2

4

h

3

H

R dh m


Las pérdidas medias de propagación incluyen tres factores

Pérdidas entre antenas en espacio libre

(L0 en dB,fc en MHz y Rk en Km)

Pérdidas por propagación sobre edificios

Q 0.1

d 0.90.03

Pérdidas por difracción final

R

2R

H R

e

2h h tan1

d

m

Modela el efecto multicamino por un coeficiente 2

Lo 32.4 20log f c 20log Rk


Combinando las expresiones anteriores se tiene:

Lp Lex Lo

L A 57.1 log f 18log R 18log H 18log1-Rk

17H ex c k

2

h h 9 logd 20logtan2h hm

A 5log

d

dm 2

1

22


TX

Cobertura W-B

Antena real

TX

Cobertura W-B

Características

Modelo aplicable a entornos urbanos sin visibilidad directa

entre transmisor y el receptor

Los edificios presentan una organización en filas con

alturas uniformes

Margen de frecuencias, 300MHz a 3 GHz.

Altura de la antena transmisora por encima de los edificios

Distancias transmisor-móvil entre 200 m. y 5 Km.



Variante del modelo de Walfisch-Bertoni que incluye:Correcciones empíricas

Orientación de las calles

Transmisor por debajo de los edificios

Tipo de ciudad

Márgenes de distancia al transmisor

Geometría del modelo en alzado y en plantaTRX

hR

hm

RCV

hB

hB

hR

d

wb

Onda incidente

EDIFICIO EDIFICIO

EDIFICIOS


Perdidas por difracción final

= −16.9 − 10 logω+ 10 log fc + 20 log ∆ hRLFBD

No se incluye el término de compensación por la curvatura de la Tierra

efecto de la orientación de las calles

LORI 2.5 0.075 35

4 0.1114 55

10 0.3571 0 35

35 55

55 90

(fc en MHz e hR en m.)

Perdidas debidas a la difracción "terraza-calle"

LRTS LFBD LORI ( Si LRTS<0 se toma LRTS=0)


Atenuación por propagación sobre edificios

LOBP LBSH ka kd log d k f log f c 9 log b

LBSH sólo se considera si la antena transmisora está por encima de los edificios

LBSH 18 log1 hb

ka establece una dependencia entre la altura de la antena transmisora y la distancia


La atenuación con la distancia se completa con kd logd

Transmisor por encima de los edificios kd =18Transmisor por debajo de los edificios k

hb

1815hR

d

k f 4 0.7925 f

1

k f 4 1.5925 f

1

La variación con la frecuencia está referida a 925 MHz, sin embargo:

Para ciudades de tamaño medio y zonas urbanas con densidad de vegetación

moderada

Para grandes centros metropolitanos se propone la siguiente expresión



Resumiendo

Rango de validez del modelo:

800 f 2000 MHz

4 hb 50 m

1 hm 3 m

0.02 d 5 Km

Aplicable a células pequeñas, típicas en entornos urbanos.


Modelos tridimensionales (3D)

Porque son necesarios

• Los modelos bidimensionales sólo predicen coberturas

• Es necesario estudiar otros parámetros (delay spread, ancho debanda de coherencia, estadísticas de fading,...)

Empleo de Modelos Digitales del Terreno (MDT's) Raster y/o vectoria


Como ejemplo Modelo de Valencia

TRX

Línea de visión directa

Primera región de Fresnel

d

Submodelo de propagación sobre edificios (2D)

Modelo de Valencia

Trazado de perfiles

Submodelo de propagación horizontal (3D)

DIFRACCIÓN

DIFRACCIÓN

SCATTERING

REFLEXIÓN

Modelo de Valencia

Breve descripción del modelo

Empleo de un mapa digital del terreno

Basado en un algoritmo de trazado de rayos

Descripción estadística de las fachadas de los edificios

Sólo se consideran las contribuciones más significativas

Caracterización estadística de cada contribución

Suma coherente de las contribuciones en el receptor

Modelo de Valencia

Mapa digital del terreno

Información espacial (posición geográfica y altura de los

edificios, fichero DXF)

Información descriptiva (parámetros de rugosidad de las

fachadas y parámetros eléctricos)

Modelo de Valencia

Modelo de Valencia

Nakagami (simulada con el modelo)

Nakagami (experimental)

Experimental

Cálculo C/I

Planificación celular

TX1

TX2

Mejor enlace

Líneas de Handover

Documents

Cap 2.2 Modelos de Propagacion