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Conceptos propagacion

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Page 1: Conceptos propagacion
Page 2: Conceptos propagacion

Modelos de Propagación

Para que sirven?

Regulaciones vs. aspectos científicos

Modos de propagación.

Los modelos

Page 3: Conceptos propagacion

ITU Recommendations on Radiowave Propagation

Page 4: Conceptos propagacion

Modos de propagación & Pérdida de propagación (L)

• Espacio Libre• Onda de superficie. Difración por la curvatura de la

tierra. Reflexiones en la tierra. Efectos del terreno.• Ionosferica• Troposferica: refracción, super-refracciñon y

formación de ductos, forward scattering• Difracción en borde filoso “knife edge” & borde suave

“rounded edge”• Atenuación Atmosférica • Variabilidad & Estadisticas

Page 5: Conceptos propagacion

Propagación en espacio libre

• EIRP (watts) a pfd (W/m2) = P/(4..D2)

– equivalent to (dBW –11 -20.log(D))

• EIRP (watts) a E (V/m) = sqrt(30.P)/D

• EIRP (kW) to E (V/m) = 173*sqrt(P)/D(km)

• pfd (W/m2)=E2/Z0=E2/(120

Ecuación de Friis

2

0

4

10log 10log 10logTT R

R T R

rP

L L G GP G G

0 34.44 20log( . )L r f r en km y f en MHz

Page 6: Conceptos propagacion

Enlace punto a punto• Frecuencia• Pérdida por espacio libre• Atenuación por lluvia• Ganancia de antena• Ancho de haz• Zonas de Fresnel• Relaciones de fase de los distintos rayos• Multicaminos• Refracción atmosférica• Curvatura de la tierra

Page 7: Conceptos propagacion

Pérdida por espacio libre

• Para convertir de EIRP(W) a pfd(W/m2) es independiente de la frecuencia

• EIRP(W) a Prx(W) de una antena isotropica es: Prx={Peirp/(4. .D2/(4

Page 8: Conceptos propagacion

Obstáculos

• Caracterísicas del Terreno y edificios, atenúan la señal. (NB en algunas circunstancias la difracción en bordes filosos puede mejorar la propagación atrás del horizonte)

• El modelo de OKUMURA-HATA calcula la atenuación tomando en cuenta el porcentage de edificios en el trayecto Tx-Rx, así como carcterísticas del terreno

Page 9: Conceptos propagacion

Elipsoide de Fresnel

Page 10: Conceptos propagacion

Está un obstáculo obstruyendo?

Page 11: Conceptos propagacion

F r e s n e l e l l i p s o i d s a n d F r e s n e l z o n e s I n s t u d y i n g r a d i o w a v e p r o p a g a t i o n b e t w e e n t w o p o i n t s A a n d B , t h e i n t e r v e n i n g s p a c e c a n b e s u b d i v i d e d b y a f a m i l y o f e l l i p s o i d s , k n o w n a s F r e s n e l e l l i p s o i d s , a l l h a v i n g t h e i r f o c a l p o i n t s a t A a n d B s u c h t h a t a n y p o i n t M o n o n e e l l i p s o i d s a t i s f i e s t h e r e l a t i o n :

2

AB MBAM

n ( 1 )

w h e r e n i s a w h o l e n u m b e r c h a r a c t e r i z i n g t h e e l l i p s o i d a n d n 1 c o r r e s p o n d s t o t h e f i r s t F r e s n e l e l l i p s o i d , e t c . , a n d i s t h e w a v e l e n g t h . A s a p r a c t i c a l r u l e , p r o p a g a t i o n i s a s s u m e d t o o c c u r i n l i n e - o f - s i g h t , i . e . w i t h n e g l i g i b l e d i f f r a c t i o n p h e n o m e n a i f t h e r e i s n o o b s t a c l e w i t h i n t h e f i r s t F r e s n e l e l l i p s o i d . T h e r a d i u s o f a n e l l i p s o i d a t a p o i n t b e t w e e n t h e t r a n s m i t t e r a n d t h e r e c e i v e r i s g i v e n b y t h e f o l l o w i n g f o r m u l a :

2/1

21

21

dd

ddnR n ( 2 )

o r , i n p r a c t i c a l u n i t s :

2/1

21

21

)(550

fdd

ddnR n ( 3 )

w h e r e f i s t h e f r e q u e n c y ( M H z ) a n d d 1 a n d d 2 a r e t h e d i s t a n c e s ( k m ) b e t w e e n t r a n s m i t t e r a n d r e c e i v e r a t t h e p o i n t w h e r e t h e e l l i p s o i d r a d i u s ( m ) i s c a l c u l a t e d .

Page 12: Conceptos propagacion

A n a p p r o x i m a t i o n t o t h e 0 . 6 F r e s n e l c l e a r a n c e p a t h l e n g t h T h e p a t h l e n g t h w h i c h j u s t a c h i e v e s a c l e a r a n c e o f 0 . 6 o f t h e f i r s t F r e s n e l z o n e o v e r a s m o o t h c u r v e d e a r t h , f o r a g i v e n f r e q u e n c y a n d a n t e n n a h e i g h t s h 1 a n d h 2 , i s g i v e n a p p r o x i m a t e l y b y :

D 0 6 hf

hf

DD

DD

k m ( 3 0 )

w h e r e :

D f : f r e q u e n c y - d e p e n d e n t t e r m

210000389.0 hh f k m ( 3 0 a )

D h : a s y m p t o t i c t e r m d e f i n e d b y h o r i z o n d i s t a n c e s

)(1.4 21 hh k m ( 3 0 b )

f : f r e q u e n c y ( M H z )

h 1 , h 2 : a n t e n n a h e i g h t s a b o v e s m o o t h e a r t h ( m ) .

(Radio Horizon)

Page 13: Conceptos propagacion

Influencia del entorno en la propagación

•Reflexión y refracción

•Dispersión

•DifracciónGTD, UTD

Page 14: Conceptos propagacion

Reflexión

Page 15: Conceptos propagacion

Reflexión en superficies rugosas

Page 16: Conceptos propagacion

Clasificación de superficie rugosa

Page 17: Conceptos propagacion

Atenuación del rayo reflejadoCuando la superficie es rugosa, la señal reflejada es atenuado por un factor f, dependiente de la desviuación estándar de la alura de la superficie de reflexión.

Page 18: Conceptos propagacion

Refracción

Page 19: Conceptos propagacion

Atenuación atmosférica

• Comienza a ser relevante a frecuencia superiores a los 5 GHz

• Depende pincipalmente, pero no exclusivamente del vapor de agua en la atmosfera.

• Varía según la ubicación, altura, ángulo de elevación del trayecto.

• Puede sumar ruido y atenuar la señal de interés. • La lluvia tiene un efecto importante

Page 20: Conceptos propagacion

Atenuación de gasese atmosféricos

Page 21: Conceptos propagacion

Atenuación por lluvia

Page 22: Conceptos propagacion

Dispersion en la lluvia

Page 23: Conceptos propagacion

Región de sombra

A’ B’ C’

B C’

A’

• Difracción en borde filoso

- La idea es plantearse la descomposición en Wavelets del frente de onda sobre el obstáculo.

- Luego, los Wavelets “iluminan” la zona de sombra generada por el obstáculo.

Principio de Huygens

Page 24: Conceptos propagacion

Principio de Huygens

• Parámetro v de Fresnel-Kirchhoff

• Pérdidas por difracción

El campo difractado obedece a la ecuación: dtej

EEv

tj

2

20 2

1

21

212

dd

dd

2

hΔdcon

λ

Δd2v

d1 d2

h

Page 25: Conceptos propagacion

Región de sombra

A’ B’ C’

B C’

A’

- La idea es plantearse la descomposición en Wavelets del frente de onda sobre el obstáculo.

- Luego, los Wavelets “iluminan” la zona de sombra generada por el obstáculo.

Difracción en borde filoso

Page 26: Conceptos propagacion

Geometría de la difracción

Page 27: Conceptos propagacion

Pérdidas en función de v

dtej

E

EvL

v

tj

spacefree

difractadodB

2

2

2

1log20log20

-3 -2 -1 0 1 2 3-25

-20

-15

-10

-5

0

5Pérdida por difracción sobre un borde filoso en función de v

Pérd

ida r

ela

tiva

al espacio

lib

re,

dB

v

Pérdida de 6dB

v = 0

Oscilaciones debido a la obstrucción de los zonas superiores de Fresnel.

Luego decrecimiento monótono en primera zona de Fresnel.

v = 0: obstrucción de medio Fresnel, es decir, 6dB.

Page 28: Conceptos propagacion

Simulaciones

Page 29: Conceptos propagacion

Modelos de Propagación

• Las recomendaciones de la ITU dan varios “approved” métodos y modelos

• Método mas popular es:

Okumura-Hata

Page 30: Conceptos propagacion

1 5 4 6 - 1 8

1 2 0 0 m

6 0 0 m

3 0 0 m

1 5 0 m

7 5 m

2 0 m

1 0 m

1 2 0

1 1 0

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

– 1 0

– 2 0

– 3 0

– 4 0

– 5 0

– 6 0

– 7 0

– 8 01 0 1 0 0 1 0 0 0

h 1 = 1 2 0 0 m

h 1 = 1 0 m

1

D i s t a n c e ( k m )

Fie

ld s

tren

gth

(d

B(

V/m

)) f

or

1 k

W e

.r.p

.

5 0 % o f l o c a t i o n s

h 2 : r e p r e s e n t a t i v e c l u t t e r h e i g h t

F I G U R E 1 8

2 0 0 0 M H z , l a n d p a t h , 1 0 % t i m e

M a x i m u m ( f r e e s p a c e )

T r a n s m i t t i n g / b a s e

a n t e n n a h e i g h t s , h 1

3 7 . 5 m

Page 31: Conceptos propagacion

O k u m u r a - H a t a m e t h o d

E 6 9 . 8 2 6 . 1 6 l o g f 1 3 . 8 2 l o g H 1 + a ( H 2 ) ( 4 4 . 9 6 . 5 5 l o g ( H 1 ) ( l o g d ) b w h e r e :

E : f i e l d s t r e n g t h ( d B ( V / m ) ) f o r 1 k W e . r . p .

f : f r e q u e n c y ( M H z )

H 1 : b a s e s t a t i o n e f f e c t i v e a n t e n n a h e i g h t a b o v e g r o u n d ( m ) i n t h e r a n g e 3 0 t o 2 0 0 m

H 2 : m o b i l e s t a t i o n a n t e n n a h e i g h t a b o v e g r o u n d ( m ) i n t h e r a n g e 1 t o 1 0 m

d : d i s t a n c e ( k m )

a ( H 2 ) = ( 1 . 1 l o g f 0 . 7 ) H 2 ( 1 . 5 6 l o g f 0 . 8 )

b = 1 f o r d 2 0 k m

b = 1 ( 0 . 1 4 0 . 0 0 0 1 8 7 f 0 . 0 0 1 0 7 1H ) ( l o g [ 0 . 0 5 d ] ) 0 . 8

f o r d > 2 0 k m

w h e r e :

1H H 1 / 2

1 0,0000071 H

Page 32: Conceptos propagacion
Page 33: Conceptos propagacion
Page 34: Conceptos propagacion

Problemas con los modelos

• Todos los modelos tienen limitaciones. Por ej.Longley Rice no incluye la ionosfera, limitado a bajas frecuencias. Alguna habilidad y experiencia es necesaria para elegir el modelo correcto para las circunstancias presentes.

• Exactitud es limitada. Diferentes modelos porporcionan respuestas diferentes.

• Se puede necesitar una interpretación estadística

• Se precisan DATOS de entrada EXACTOS. (ej.modelos de terreno)

• Cualquier modelo necesita una gran aceptación universal para eliminar argumentos legales.

• La aceptación puede ser mas importante que la exactitud.

Page 35: Conceptos propagacion

Adonde nos lleva esto?

• A pesar de las dificultades. Los modelos tienen larga vida por delante

• No podemos vivir sin ellos

• La mejor guía que tenemos para saber como unas transmisiones van a afectar a otros.