teoria del curso de pathloss 4

8/10/2019 Teoria Del Curso de Pathloss 4

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CURSO DE PATHLOSS

DISEO DE RADIOENLACES Y PROPAGACIN

ABRIL DE 2006

CONTENIDO

PRIMERA PARTE

ANTENAONDA ESTACIONARIAPATRN DE RADIACINPATRONES DE ANTENASREGIONES DE CAMPOPOLARIZACININTENSIDAD DE RADIACINDIRECTIVIDADGANANACIAAREA EFECTIVARELACION DE FRIISPROPAGACIN ATMOSFRICARADIO DE CURVATURAZONAS DE FRESSNELDIFRACCION

ERRORES EN UNA CONEXIN DIGITAL

* NORMA G- 2!* NORMA G- 26

* NORMA ITU-R SDH F"!0#2-!

Teora del curso de Pathloss 1


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SEGUNDA PARTE

!" DEFINICION UMBRAL

2" DESVANECIMIENTOS

2"! DESVANECIMIENTO POR MULTITRAYECTORIA

2"2 M$RGENES DE DESVANECIMIENTO2"2"!" M%&'() ( D(+,%)( ./.() 1 P %)12"2"2" M%&'() ( D(+,%)( ./.() 1 D.+3(&+.,12"2"4" U/5&% N( 1

2"4 C$LCULOS DE DISPONIBILIDAD2"4"!" D(+,%)( ./.() 1 31& M . &%7( 1&.%2"4"2" V.'%) + 8 B%&)(2"4"4" F% 1& 9":2"4";" F% 1& 9": ITU-R R(3" 442"4"


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CURSO DE PATHLOSS


PRIMERA PARTE



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ANTENA

Una Antena es un transductor pasivo que permite convertir una seal elctricaen onda electromagntica.

ONDA ESTACIONARIA

Es el resultado de la suma de las ondas incidentes con las re le!adas que vanpor una lnea de transmisi"n.

PATRN DE RADIACIN

Es una representaci"n de las propiedades de radiaci"n de la antena en unci"nde las coordenadas espaciales. #as propiedades de radiaci"n son la densidadde lu!o espectral$ la intensidad de radiaci"n$ intensidad de campo %polari&aci"n.

PATRONES DE ANTENAS

' Antena (sotr"pica) es una antena hipottica sin prdidas que tiene la mismaradiaci"n en todas las direcciones. *e toma como re erencia para algunasmedidas de las antenas.

' Antena +ireccional) esta puede radiar o reci,ir ondas electromagnticas de

orma mas e iciente en una direcciones que en otras.' Antena -mnidireccional) es un caso especial de patr"n direccional. Es aquellaque tiene un patr"n no direccional en un plano espec ico acimut/$ % un patr"ndireccional en cualquier plano ortogonal 0ngulo de elevaci"n/.

REGIONES DE CAMPO

El espacio alrededor de una antena se divide en 3 regiones para determinar suestructura de campo a di erentes distancias. #a distancia se toma desde lasuper icie de la antena hasta el punto de medici"n$ es la longitud de onda % +es la ma%or dimensi"n sica de la antena)

ampo cercano reactivo) en esta predominan los campos reactivos % se cumplepara)

4 5.62 + 37 /172



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ampo cercano de radiaci"n 9resnel/) predominan los campos de radiaci"n endonde la distri,uci"n de campo angular depende de la distancia de la antena. *ila dimensi"n m0:ima de la antena no es compara,le con $ entonces estaregi"n no e:iste$ pero si es compara,le se tiene que para esta antena en ocadahacia in inito el campo cercano radiado es re erido a la regi"n de 9resnel. Estecriterio est0 ,asado en un error de ase m0:imo de ;7


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GANANACIA

*e de ine como la directividad e ectiva de la Antena. Esto ocurre de,ido a queno toda la potencia aplicada a una antena es Ce ectivamenteD radiada.

= e ic > +

#as e iciencias tpicas de las antenas de Ficroondas est0n entre B5G % 6B G.

AREA EFECTIVA

Esta corresponde al 0rea equivalente que al multiplicarse por la densidad delu!o de potencia que la atraviesa se produce la potencia e ectiva captada por la

antena. El concepto de 0rea e ectiva de una antena aplica para cualquier tipo

de antena +ipolos$ Ficroondas$ etc./.

A e ectiva = 2 78;/ > ?m 2

Hasados en el concepto de 0rea e ectiva de una Antena se puede deducir laganancia de cualquier tipo de Antena.

' En el caso de una antena para,"lica de Ficroondas se tiene)

= 15 log e ic> A sica> 8;7 2/

Para una e iciencia de 65G$ en la recuencia de tra,a!o $ se tendr0)

= 1< I25log >+/

RELACION DE FRIIS

#a densidad de lu!o de potencia o de radiaci"n Jatts7m 2/ a una distancia d$de,ido a una potencia Po aplicada a una antena de ganancia t ser0)

K = Po 7 8;d 2/ > t

#uego si esta densidad de lu!o de potencia se multiplica por el 0rea e ectiva seo,tiene la potencia e ectiva captada por la antena)

: = K> Ae ec



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Al com,inar las anteriores dos relaciones se tendr0)

: = Po78;d 2/ > 278;/ > r > t

*i en la anterior relaci"n se normali&a a recuencia en L& % la distancia enMil"metros$ se reempla&a =c7 % adicionalmente se e:presa lo anterior en dH$entonces o,tenemos la e:presi"n de prdidas de espacio li,re)

:=Po I t I r N 25#og > d/ O 2$8B

PROPAGACIN ATMOSFRICA

El en"meno de re racci"n ocurre cuando una onda electromagntica cam,ia demedio con di erente ndice de re racci"n.

*i la onda incide con determinado 0ngulo respecto a la normal so,re unasuper icie que separa dos medios de di erentes ndices de re racci"n entonceslos cam,ios de direcci"n se pueden esta,lecer segQn la le% de snell)

n 1>senR1 = n 2>senR2

En la atm"s era el ndice de re racci"n vara continuamente$ en unci"n de laaltitud.

El ndice de re racci"n en la atm"s era para las recuencias de inters$ es mu%cercano a las del vaco.

Por lo anterior es mas 0cil normali&ar el ndice de re racci"n atmos rico)

S = nN1/ :15 6

Teora del curso de Pathloss


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6

1 11

' 1 ' 15

k dn dN

a aa dh dh

= =

+ +

*e tiene la siguiente e:presi"n emprica de S normali&ada en unci"n de laaltura so,re el nivel del mar$ dada en m$ suponiendo una atm"s era normal oheterognea)

S h/ = 31B.e:p N5.136>h/

RADIO DE CURVATURA

El radio de curvatura$ r$ de una onda electromagntica se de ine de la siguienteorma)

17r/ = N 17n/ > dn7dh/> cosV

V) 0ngulo de los ra%os con respecto a la hori&ontal .

#a curvatura e ectiva re/ de la onda re erida al radio sico de la tierra se de ine)

17re/ = 17aN17r/

El caso ideal sera cuando rW X entonces la onda electromagntica se propagara enorma de lnea recta.

En ingeniera la orma mas adecuada de e:presar el radio de curvatura de unaonda electromagntica es con el actor M$ que se de ine)

M = re7a

+e esta orma tenemos siendo a radio de la tierra = 63 5 ms/)

Para una atm"s era normal % a una altitud igual a la del nivel del mar se tiene quedS7dh/= N85 % en consecuencia el correspondiente valor de M es igual a 873.

Para MY1 la onda electromagntica tiene curvatura avora,le a los o,st0culos. Para M=1 la onda se propaga e:actamente en lnea recta. Para M41 la onda tiene curvatura des avora,le a los o,st0culos.



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ZONAS DE FRESSNEL

#a &ona de 9resnel puede ser vista como un elipsoide 3+)



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Analticamente la &ona de 9resnel se o,tiene con el siguiente procedimiento)

x y

x y x

Fnd

nd d Fnd Fnd

nd d ba

Dd d

2

1

22121

221

21

22

2222

++

>>

++=+++

++=+

=+

2

n

d2

1

d1

1

2

Fn

2

n d2d1

2d2

Fnd2

2d1

Fnd1

2

22

+

+++++



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nd1d2

d2d1Fn2+Teora del curso de Pathloss 11


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1

213 2.17

:213 2.17

F n F n

D f nd d F n

t ene mo sG H zen f y Kmen D P ar a D f nd d k F n

f c

=

=

=

=

#as &onas pares S = 2$8$6$ etc./ tienen una contri,uci"n sustractiva de

potencia pues el ra%o directo % el di ractado se suman en contra ase % las &onasimpares tienen una contri,uci"n aditiva.

#a potencia de recepci"n es la suma de todas las contri,uciones$ cu%asamplitudes disminu%en en la medida que se incrementa el orden S.

DIFRACCION

Es el en"meno que ocurre cuando una onda electromagntica incide so,re uno,st0culo. uando un o,st0culo ,loquea parte del rente de onda$ se altera ladirecci"n de propagaci"n del resto del rente % de la energa. Este en"menohace que pueda e:istir seal Qtil aun detr0s de los o,st0culos.

P (S (P(- +E LUZ ES*

Todo punto de un medio$ a donde llegaun movimiento ondulatorio de uncentro primario principal$ se convierteen un nuevo centro de vi,raci"n dandolugar a una serie de ondas alrededor de s.

ERRORES EN UNA CONEXIN DIGITAL

NORMA G- 2!

aracterstica de error de una cone:i"n digital internacional que unciona a unavelocidad ,inaria in erior a la velocidad primaria % orma parte de una red digitalde servicios integrados.

#a presente recomendaci"n especi ica eventos$ par0metros % o,!etivos de lacaracterstica de error de cone:iones digitales con conmutaci"n de circuitos aS [ 68 M,it7s 1 \ S \ 28 " \ 31 respectivamente/ utili&adas para tr0 ico vocal ocomo un ]canal portador] para servicios de datos.

Un periodo de tiempo de indisponi,ilidad comien&a cuando la tasa de errores enlos ,its HE / en cada segundo es peor que 1:15 N3$durante die& segundosconsecutivos. Un nuevo periodo de tiempo de disponi,ilidad comien&a conel primer segundo de un periodo de die& segundos consecutivos cada uno delos cuales tiene una HE me!or que 15 N3.


12 3

N

O A B

N12 3

C


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#os par0metros de caracterstica de error se o,tienen a partir de los siguienteseventos)

S(' ) 1 1) (&&1&(+ >ES@ Es un periodo de un segundo en el cual uno o m0s,its son err"neos.

S(' ) 1 1) / 1+ (&&1&(+ >SES@ Es un periodo de un segundo cu%a tasade error de ,it es ^ 1:15 N3.

T1356855NPB

12B5 Mm 2B 555 Mm 12B5 Mm

2 B55 Mm

#E #E

#ocalgrade

TNre erence point

TNre erence point

Sote 2/ Fediumgrade

Sote 1/ #ocalgrade

Fediumgrade

Lighgrade

Sote 1/ Sote 2/

S-TE*

1 (t is not possi,le to provide a de inition o the location o the ,oundar% ,etJeen the medium and the high grade portionsL _. Sote 8 to Ta,le 2 provides urther clari ication o this point.

2 #E denotes the local e:change or equivalent point.


40% (equivalente a una calidad conceptual de 0.001 % po! "#. pa!a 2$000 "#.&!ado Alto

1$% en cada e't!e#o&!ado edio(2 e't!e#o)

1$% en cada e't!e#o&!ado *ocal(2 e't!e#o)

A)i+naci,n de o- etivo) de de)e#pe/oCla)i icaci,n

002.0


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NORMA G- 26

#os par0metros de caracterstica de error se o,tienen a partir de los siguienteseventos)

B 1 ( (&&% 1 >EB@ Un ,loque con uno o m0s ,its errados.

S(' ) 1 (&&% 1 >ES@Periodo de un segundo con uno o m0s ,loques errados.

S(' ) 1 +(,(&%/() ( (&&% 1 >SES@ Periodo de un segundo con m0s del35G de los paquetes errados. Errores consecutivos pueden generar periodosde no disponi,ilidad.

B 1 ( (&&% 1 .31 5% '&1 ) >BBE@ Un error que no ocurre en un *E*.


0.032&!ado Alto

0.012&!ado edio

0.012&!ado *ocal

O- etivo) de de)e#pe/o de la !ed Cla)i icaci,n del ci!cuito

0.0004&!ado Alto

0.0001$&!ado edio

0.0001$&!ado *ocal

A)i+naci,n pa!a o- etivo) de Ci!cuito

10 542 ' 10 542 ' 10 542 ' 10 542 ' 10 54BB

0.0020.0020.0020.0020.002

0.10.07$0.0$0.04

1$000530 000

000520000400052000020005 000005$000Bit)6-loc

8 1 0 to3$008 $$ to 1 08 1$ to $$8 $ to 1$1.$ to $ate -it6)


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NORMA ITU-R SDH F"!0#2-!

T.31 O5J( .,1*E* 5.552 5.52#71555I5.51#7B55/

*iendo # distancia del enlace enms.

HEesidual HE /

15N

HHEHacMground

HlocM Error rate/.

5.52I5.51#7B55/15N8

Teora del curso de Pathloss 1B

NO9 1 Applie) to vi!tual concatenation. NO9 2 Applie) to conti+uou) concatenation.

B:;57$ 1 -it)1$ 000530 000 -it)


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CURSO DE PATHLOSS


SEGUNDA PARTE



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!" DEFINICION DE UMBRAL

En orma general el threshold se puede calcular)

U= *7S min dH/ I 15#og M>T>H@/ I 9 dH/

*iendo)M= onstante de Holt&man 1$3< : 15N23 ` 7T= Temperatura en grados elvin.H@=Ancho de Handa de la seal en L&.9= 9igura de ruido del ampli icador de recepci"n en dH

En orma general el Ancho de Handa se puede calcular)

H@ = , ' 9actor 9iltro 7 #og 2F

*iendo), apacidad en Hits por segundo del equipo

F numero de estados del modulador.9actor de iltro = 1 I actor rollNo

alores tpicos de 9actor del 9iltro) entre 1$2 % 1$B

En el caso de que se conserve el mismo esquema de modulaci"n$ el ancho de,anda ser0 proporcional a la capacidad del equipo$ de esta orma para el casode bP* se van a o,tener los siguientes Threshold tpicos$ a un HE de 15 N3$en unci"n de la capacidad$ para equipos P+L)

Para equipos *+L se tienen tpicamente dos casos)


C%3% . %F.'6&% (R6. 1 > B@ M1 62% .1)

R(2% .1) S N> B@

A) 1 (B%) % >BK() M L@

T (&+ 12 %BER E 3 -04 () B/

16 B bP*U 15 2< N


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Para equipos *+L se tienen tpicamente dos casos)

+E* ASE (F(EST-*2. +E* ASE (F(EST-*

Para representar los desvanecimientos se utili&an los m0rgenes dedesvanecimiento. A ma%or margen de desvanecimiento$ menor pro,a,ilidad deque la seal decaiga por de,a!o del nivel um,ral del receptor ver la siguiente

igura/. Esto se puede alcan&ar mediante un nivel de salida m0s alto$ utili&andoantenas ma%ores$ menores niveles um,ral$ reduciendo las longitudes de

tra%ectoria$ etc.+e,ido undamentalmente a las condiciones clim0ticas$ lluvias % a,sorci"natmos rica el nivel de recepci"n en un enlace de microondas cam,ia en ormaaleatoria.

Estas disminuciones en el nivel de recepci"n o desvanecimientos$ se dande,ido)

+esvanecimiento multitra%ectoria. Atenuaci"n por lluvia. +esvanecimiento por di racci"n con valores pequeos de . +esvanecimientos producidos por re le:iones especulares. Anomalas en la propagaci"n producidas por ductos o por las capas

atmos ricas.

Teora del curso de Pathloss 1el el mar.

5.4'nlaces so&re tierra, en on e la antena, mas&a?a se enc#entra por e&a?o e los :00 metros

so&re el ni>el el mar.

t


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c= h1Oh2/ 7 h1 I h2/ con a e = M'a

2.3. . ecomendaci"n (TUN B35N ao 1 /

U= d 3.6 5.< 1I p/N1.8 15 NA715

En donde) ) actor geoclim0tico para peor mes del ao.

d ) distancia del enlace en Mil"metros. ) recuencia en L&.p ) inclinaci"n del enlace en miliradianes.

A ) Fargen e ectivo de desvanecimiento.

=B:15 N 15 N oN latN lon/P # 1.B

*iendo P # el porcenta!e del tiempo en el que el gradiente de re racci"n en losprimeros 155 metros$ es menor de N155S unid7 m. Estos valores se o,tienen deacuerdo a las gr0 icas de la (TU. er iguras de Path loss/.

#os valores de o$ lat$ lon se dan en las siguientes ta,las)

Teora del curso de Pathloss 2B

( )

+

++= 313

23

co)!ca31

3co)

31

2m

mcm

mb

3

21

2

10%(4 += hhad

m e

8'n on e la antena, mas &a?a se enc#entra mase :00 metros so&re el ni>el el mar.

4.2'n on e la antena, mas &a?a se enc#entraentre los 400 ! :00 metros so&re el ni>el elmar.

1.:'n on e la antena, mas &a?a se enc#entraentre los 0 ! :00 metros so&re el ni>el elmar.

Coara e ectos e laneaci)n

8'n on e la antena, mas &a?a se enc#entra mase :00 metros so&re el ni>el el mar.

4.2'n on e la antena, mas &a?a se enc#entraentre los 400 ! :00 metros so&re el ni>el elmar.

1.:'n on e la antena, mas &a?a se enc#entraentre los 0 ! :00 metros so&re el ni>el elmar.

Coara e ectos e laneaci)n


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6.07ntena mas &a?a entre 400 metros ! :00 metros @ Aerreno me ianamente monta oso.

2.57ntena mas &a?a entre 400 metros ! :00 metros @ Aerreno plano.

3.57ntena mas &a?a a menos e 400 metros @ Aerreno me ianamente monta oso.

07ntena mas &a?a a menos e 400 metros @ Aerreno plano.

CoCaracteristicas e Aerreno

6.07ntena mas &a?a entre 400 metros ! :00 metro s @ Aerreno me ianamente monta oso.

2.57ntena mas &a?a entre 400 metros ! :00 metros @ Aerreno plano.

3.57ntena mas &a?a a menos e 400 metros @ Aerreno me ianamente monta oso.

07ntena mas &a?a a menos e 400 metros @ Aerreno plano.


10.57ntena mas &a?a a mas e :00 metros @ Aerreno altamente monta oso.

8.07ntena mas &a?a a mas e :00 metros @ Aerreno me ianamente monta oso.

5.57ntena mas &a?a a mas e :00 metros @ Aerreno lano.


10.57ntena mas &a?a a mas e :00 metros @ Aerreno altamente monta oso.

8.07ntena mas &a?a a mas e :00 metros @ Aerreno me ianamente monta oso.

5.57ntena mas &a?a a mas e :00 metros @ Aerreno lano.


04ara las otras longit# es

-3ongit# es orte ! 2#r7m8rica

3ongit# es '#ropa ! 79rica

Clon

:4ara 60;


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2"4" " R( 1/() % .=) ITU-R %?1 200! 8 M 1 1 ( % % 1 P(1& M(+@

U= d d 3.2 1I p/N5. 15 5.532 N5.555


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+isminuir el desvanecimiento plano de,ido al desNen oque de antena 0ngulode partida % 0ngulo de llegada a la antena no o,servado durante lluvia % en las&onas hQmedas respecto a regiones secas/ por multitra%ectoria.

+isminuci"n de desvanecimientos planos mediante incremento del CPath(nclinationD " dando tilt upJards a la antena.

Evitar cualquier seal de,ida a super icie re lectante entre los dos puntos.

+isminuir el retardo de la super icie re lectante respecto a seal directa.

Evitar seal de,ida a super icie re lectante mediante apantallamiento de lare le:i"n$ aprovechando montculos$ edi icios o cualquier otro que permitao,strur al m0:imo la re le:i"n$ permitiendo con ,a!a prdida la seal directa$ver 9ig. (TU B35N .

educci"n de desvanecimientos variando la altura de las antenas

Paso 1) alcular la altura de la antena tal como se descri,i" en la parte 1.

Paso 2) ariando el valor de M$ desde Me hasta valores mu% altos$ veri icar quelos puntos de re le:i"n no correspondan a sitios de re le:i"n

especular. +e ser as entonces recalcular alturas de antenas enam,os e:tremos teniendo cuidado con los requisitos de clearance .

educci"n de desvanecimientos con la polari&aci"n)

' En enlaces so,re el agua se de,e tratar de e ectuar utili&andopolari&aci"n vertical.

Teora del curso de Pathloss 2 B/@ N 6$58 63223

P1 () .% T 35P(&*.*%+ ' .% *( O)*% 2D.+ %) .% 22F&( () .% 6G%)%) .% T 3BG%)%) .% R 8BD.+ &./.)% .1) R C1312 >HP@ 3%&% !!6 '&%*1+" 3I) (& (&() .% NPP$


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8. #a (nter erencia Total la podemos calcular de la siguiente orma)

(t = 15'#og 15 (i/715

B. El Qltimo paso es determinar el Um,ral de initivo teniendo en cuenta lainter erencia total.

U( = 15'#og 15 UN /715 I 15 (t715 / I

6. #a relaci"n seal a ruido se puede o,tener directamente por in ormaci"n dela,ricante del equipo " en caso de que se d el valor Eo7So entonces 7S se

o,tiene)

7S = Eo7So I 15 #og ,/ N 15 #og H@/.

En donde),) capacidad en Hits por segundo del equipo.

H@) ancho de ,anda utili&ado.So= S 7 H@ $ ruido independiente del equipo.S= .T $ es el ruido del sistema

siendo T= temperatura de tra,a!o = 1$340 9 L RBK@ N B$BM L@ 29 L@ 35G%)% .% H1&) 15

G%)% .% % /32. . %*1& 3

teoria del curso de pathloss 4

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