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Modelos de Propagaci´on electromagn´ etica Propagaci´on en entorno urbano Alexandre Wagemakers y Borja Ibarz 29 de octubre de 2007

Modelos de Propagacion

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ModelosdePropagacionelectromagneticaPropagacionenentornourbanoAlexandreWagemakersyBorjaIbarz29deoctubrede2007PropagacionenentornourbanoPlandelaclase:Modelosdeterminsticossimples.ClasicaciondelosentornosurbanosModelosempricosdepropagacion.Modelosparasistemasmicrocelulares.Modelosdepropagacionenedicios.ClasicaciondeentornosurbanosLosproblemasdepropagaciondependenfuertementedelentorno.Engeneral seclasicaelentornoencuatroclases:Zonarural.Sub-urbano.UrbanoUrbanodensoSepuedendesarrollarmodelosespecicosparacadatipodeentorno.Siembargoexistenclasicacionesmasobjetivasdondeintervienen:Ladensidaddesuperciedelosedicios.Elvolumenmediodelosedicios.Alturamedia....Referencias:Kozono,S.;Watanabe,K.,InuenceofEnvironmental BuildingsonUHFLandMobileRadioPropagation,Communications,IEEETransactionson,vol.25,no.10,pp.1133-1143, 1977ClasicaciondeentornosurbanosDenicionessacadasdelanormaITU-RP1411-3.ClasicaciondeentornosurbanosClasicaciondelosmodelosdepropagacionModelosEmpirico ModelosSemi-empiricos ModelosdeterministasMod.Hata Mod. Egli Mod. FriisMod. Okamura Mod.Walsch Difracci onporobjetosdelgadosMod. enleyesdepotencia Mod. Ikegami Mod. dosrayosMod. LongleyRiceEl modelodedosrayosEl modelodedosrayosesunodelosmassencillosquetomaencuentalasreexionesdelsuelo.SerecibelaondadelsueloconundesfaseyuncoecientedereexionR.Lasperdidassonlasumadelrayodirectoydeunareecciondirecta:Er(d) = ELOS+ ER=E0d ej c(tc/d)+ R E0dej c(tc/d)(1)El modelodedosrayosSuponemosquelareeccionestotalyqueseinviertelafasedelacomponentedel campo:R= 1.Er=E0d ej c(tc/d)E0dej c(tc/d)(2)Ladiferenciadecaminoseexpresacomo:= dd=_(ht+ hr)2+ d2_(hthr)2+ d22hthrd(3)Ladiferenciadefasepuedeexpresarsecomo=2(4)El modelodedosrayosParadistanciasgrandessepuedehacerunaseriedeaproximaciones:|Er| =E0d_2 2cos=2E0dsin(/2) (5)Paraangulospeque nos:22hthrdysin ,llegamosalaexpresion:|ETOT| =2E0d2hthrdV/m (6)El modelodel canyonSepuedeobtenerunmodelosimplicadodepropagacionenuncanyonde simbolizado pordos unreceptorentredosediciosaltos.Modelosempiricosysemi-empiricosSehanconstruidosmodelosempiricosdeperdidasenentornosvariadosapartirdemedidasrealizadasinsitu.Estosmodelosreejanlarealidadypuedendarunaideadelpeorcaso,esdecirunacuatosuperiorrazonableparalasperdidas.Enlagurasepresentaunejemplodecomoseajustanmedidasexperimentalesaunmodeloatrozos.ModelosenleydepotenciaLosmodelosenleydepotenciasebasanenlaobservacionquelasperdidasenmediapuedenexpresarseenfunciondeunexponente:L_dd0_n(7)dondeel exponentendependedelentorno:Entorno ExponenteEspaciolibre 2Urbano 2.7hasta3.5Urbanoconsombra 3hasta5EnunedicioLOS 1.6hasta1.8EnunedicioNLOS 4hasta6ModelodeOkamuraAplicacion:150Mhzhasta1920Mhzyde1kmhasta20km.Esunodelosmodelosdeprediccionmasusados.Suexpresiones:L50= LF+ Amu(f , d) G(hr) G(ht) GAREA(8)Conlossiguienteselementos:LFsonlasperdidasenespaciolibre.Amulaspredidasadicionalesenmedia.Gesunterminodecorreccionparalaalturadelaantena.GAREAesunterminodepedientedelentorno.ModelodeHataEstabasadoenelmodelodeOkamurayportantotieneunaexpresionsimilar:L50(urban) = 69,55 + 26,16 log fc13,82 log ht . . . a(hr) + (44,9 6,55 log hr) log d(9)Conlassiguientesformulasadicionales.Paraunaciudadmedia:a(hr) = (1,1 log fc0,7)hr(1,56 log fc0,8) (10)Paraunaciudadgrande:a(hr) = 8,29(log 1,54hr)21,1dB fc 300MHza(hr) = 3,2(log 11,75hr)24,97dB fc> 300MHz(11)fcestaenMHz,denkmylasalturashryheenkm.Unacomparacionde3modelos0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5708090100110120130140150160d (Km)Lbf (dB)Espacio LibreHataOkamuraModeloWalsch-BertoniWalschyBertoni seinteresaronalefectodelaalturadelosedicios.Propusieronunmodeloteoricotomandoencuentalaalturadeestos.Enestemodelosedesprecia:Camino3:Losrayosquepenetransondemasiadoatenuados.Camino4:Lasmultiplesdifraccionsondespreciables.ModeloWalsch-BertoniProponenuncalculoteniendoencuentalosediciosparaangulospeque nos.IntegrandolasecuacionesdeHuygens-Kirchhoparaunaseriedepantallas nas.SumandolascontribucionesdelasdifraccionesparalaspantallasenlaprimerazonadeFresnel seobtieneunmodeloparael campoalniveldeltejado:Q() 0,1(_d/0,03)0,9(12)ModeloWalsch-BertoniAlnalincluyendolasperdidasparaquelase nallleguealsueloyotrosfactoreslleganaunniveldeperdidassuplementarias(frentealespaciolibre):Lex= 57,1+A+logfc +18logRk18logH 18log(1R2k17H) (13)conRkladistanciaenkmyH= hth.Elultimoterminodependedel radiodelatierraysepuededespreciar.Porotraparteel factorAes:A = 5log_(d2)2+ (h hr)2_9logd+ 20log[tan1[2(h hr)/d]](14)Condesladistanciamediaentredosedicios.ModelodeIkegamiEl modelodeIkegami esanterioralmodelodeWalsch.Estambienunmodeloempiricoperoconbasadoenlateoriadegeometricaderayos.ModelodeIkegamiEnelmodelodeIkegami solotomanencuentalasdoscontribucionesdelprimerrayodifractado1yelsecundorayo2ModelodeIkegamiLasperdidassecalculancomo:L = 5,8 20 log_1 +3L2r_10 log W. . . + 20 log(Hhr) + 10 log(sin) + 10 log f(15)conelangulodecalle,Lrsonlasperdidasporreeccion,yWlaanchuradelacalleModelodeCOST231-Walsch-IkegamiElmodelodelcost231seapoyaenlosdosmodelosanterioresparapredecirlasperdidas.SetraduceenlasumadelasperdidasporespaciolibreLbconlasperdidasdelosmodelosdeIkegami yunmodeloextendidodeWalsch-Bertoni.TenemosparaelLOS:Lb= 42,6 + 26 log d + 20 log f (16)Lasperdidastotalessecomputanparael casoNLOS:LCOST= Lfree+_Lrts+ LmsdsiLrts+ Lmsd> 00 siLrts+ Lmsd< 0(17)conLrtssonlasperdidasdel modelodeIkegami (RooftoStreet)yenelotrocasolasperdidasdel modelodeWalsch(multiplescreendiraction).ModelodeCOST231-Walsch-IkegamiFormulaciondelcostdelasperdidasenel modelodeIkegami.Lrts= 16,9 10 log W+ 20 log(H hr) + 10 log f + Lori(18)Lori=___10 + 0,354 0 < 352,5 + 0,075( 35) 35 < 554,0 0,114( 55) 55 < 90(19)ModelodeCOST231-Walsch-IkegamiParalasperdidasdedifraccionel comitedelCOSTaincluidocorreccionesalmodelodeWalschas comomejoras.Lmds= Lbsh + ka + kd log d+ kflog f 9 log b (20)Lbsh=_18 log(1 + (hth)) ht> hantenaporencimadeltejado0 ht< h(21)ka=___54 ht> h54 0,8(hth) ht hyd> 0,5km54 0,8(hth)d0,5ht hyd< 0,5km(22)ModelodeCOST231-Walsch-Ikegamikd=_18 ht> h18 15(hth)/h ht h(23)kf= 4 +_0,7(f9251) entornosuburbano1,5(f9251) centrourbano(24)karepresentalasperdidasdebidasalaalturadelaantenaemisora.kdykfsonterminosdecorreccionrelativosaladifraccion.RecomendacionITU-R1411-3LarecomendaciondelaITU-Rrecogetodaslosaspectosanterioresparalaestimaciondelasperdidas.Sebasaenvariosmodelossegunel tipodeescenario(convistadirecta,condifraccionect).Tambienrecogemodelosdedispersionmultitrayectoyvalorestpicosdedispersion.PropagacionenmicrocelulasExisteunmodelobasadoenel modelodedosrayosqueproporcionaunaestimacionconleyeslinealesatrozos:L(d) =_10n1logd+ P11 < d< dbrk10(n1n2)logdbrk+ 10n2logd+ P1d> dbrk(25)n1yn2secalculanapartirdemedidasempiricas.ElparametrodbrkeselpuntoderupturadeFresnel,correspondealadistanciadela primerazona deFresnel.Tambiense obtienedbrkgracias a unajustedelascurvasconlosminimizaciondelerrorcuadratico.P1sonlasperdidasa1mparalafrecuenciadadaenel espaciolibre.Losexponentesn1yn2ascomodbrk:AjusteFresnel Ajusteminimoscuadradosn1n2 dfn1n2 db2.18 3.29 8.76 159 2.20 9.36 8.64 884PropagacionenediciosDentrodelosediciossesumannuevasperdidasdebidosalasparedes,lossuelos,lasdifraccionesydispersionesvarias.En1992,Rappaportet.al.propusieronunmodeloempiricobasadoenmedidas:L(d) = Lf (d0) + 10nlogd/d0 + X(26)connunexponentedepediendodelentornoyd0unadistanciadereferencia(generalmente1m).Xesunprocesoaleatoriosiguiendounaleylog-normal ydedesvaciondepedientedel entorno.PropagacionenediciosSeidel,S.Y.;Rappaport, T.S.,914MHzpathlosspredictionmodelsforindoorwirelesscommunicationsinPropagacionenediciosMejoradel modeloincluyendolasperdidasdelasparedesysuelos:L(d) = Lf (d0)+10nlogd/d0+Q

q=1FAF(q)+P

p=1WAF(p)+X(27)FAF:FloorattenuationWAF:WallattenuationPropagacionenediciosSeidel,S.Y.;Rappaport, T.S.,914MHzpathlosspredictionmodelsforindoorwirelesscommunicationsinmultiooredbuildings,AntennasandPropagation, IEEETransactionson,vol.40,no.2,pp.207-217, Feb1992Propagacionenedicios:modelodelaITUEl modelodelaITU-Rparapropagacionenediciossedenecomo:Ltotal= 20 log f + 10Nlogd+ Lf (n) 28 (28)N:coecientedeperdidadepotencia.Lf :perdidadepenetracionenelsuelo.n:n umerodepisos.PropagacionenediciosITU-RP1238PropagacionenediciosITU-RP1238BibliograaJ.D.Parson,theMobileRadioChannel,Wiley,2000T.Rappaport, WirelessCommunication, PrenticeHall,1996Ikegami,F.;Yoshida,S.;Takeuchi, T.;Umehira,M.,Propagationfactorscontrollingmeaneldstrengthonurbanstreets,AntennasandPropagation, IEEETransactionson,vol.32, 8,822-829, 1984Sarkar,T.K.;ZhongJi;KyungjungKim;Medouri,A.;Salazar-Palma,M.,Asurveyofvariouspropagationmodelsformobilecommunication,AntennasandPropagationMagazine,IEEE,vol.45, 3,51-82, 2003Walsch,J.;Bertoni,H.L.,Atheoretical model ofUHFpropagationinurbanenvironments, AntennasandPropagation, IEEETransactionson,vol.36,12,1788-1796, Dec1988Kozono, S.;Watanabe, K.,InuenceofEnvironmental BuildingsonUHFLandMobileRadioPropagation,Communications, IEEETransactionson,vol.25, 10,1133-1143, 1977Seidel,S.Y.;Rappaport, T.S.,914MHzpathlosspredictionmodelsforindoorwirelesscommunicationsinmultiooredbuildings,AntennasandPropagation, IEEETransactionson,vol.40, 2,207-217, 1992Rappaport, T.S.;Sandhu, S.,Radio-wavepropagationforemergingwirelesspersonal-communicationsystems,AntennasandPropagationMagazine, IEEE,vol.36,5,14-24, 1994Dudley,D.G.;Lienard,M.;Mahmoud, S.F.;Degauque,P.,Wirelesspropagationintunnels,.AntennasandPropagationMagazine, IEEE,vol.49, 2,11-26, 2007Molisch,A.F.;Cassioli,D.;Chong, C.-C.;Emami,S.;Fort,A.;Kannan, B.;Karedal,J.;Kunisch,J.;Schantz, H.G.;Siwiak,K.;Win,M.Z.,.AComprehensiveStandardizedModel forUltrawidebandPropagationChannels,.AntennasandPropagation, IEEETransactionson,vol.54,11, 3151-3166, 2006Xia,H.H.,.Asimpliedanalytical model forpredictingpathlossinurbanandsuburbanenvironments,VehicularTechnology,IEEETransactionson,vol.46, 4,1040-1046, 1997COST231groupnal repport:D.J.Cichon,T.K urner, Capitulo4PropagationPredictionModels.Recomendaci onUIT-R:P1411Datosdepropagaci onymetodosdepredicci onparalaplanicaci ondelossistemasderadiocomunicacionesdeexterioresdecortoalcanceyredesderadiocomunicacionesde arealocal enlagamadefrecuenciasde300MHza100GhzRecomendaci onUIT-R:P1238Datosdepropagaci onymetodosdepredicci onparalaplanicaci ondesistemasderadiocomunicacioneseninterioresyredesderadiocomunicacionesde arealocal enlagamadefrecuenciasde900MHza100GHz