TALLER EN CLASE SEMANA 03 FABIAN GONZALÓN
TAREA EN CLASES SEMANA 3 TX/RX
Efectos de propagación en función de la frecuencia
Se pueden usar otras técnicas para permitir que muchos usuarios compartan la misma asignación de frecuencia, como el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el acceso múltiple por división de código (CDMA).
Aquí cada usuario escucha en la frecuencia de transmisión del otro usuario. Este enfoque requiere el doble de ancho de banda, pero permite una forma más natural de comunicación de voz.
La operación dúplex completa se puede realizar cuando solo dos usuarios reciben servicio de dos canales de comunicación independientes, como cuando se usa la función dúplex de frecuencia.
Esto a veces se denomina acceso múltiple con carriensnsed (CSMA) cuando se realiza automáticamente para comunicaciones de datos o push-to-talk (PTT) en referencia a la operación de walkie-talkie.
La mayoría de los sistemas de comunicación requieren comunicaciones bidireccionales. Esto se puede lograr mediante la comunicación semidúplex donde cada parte debe esperar un canal claro antes de transmitir.
La frecuencia muy alta (VHF) y la frecuencia ultra alta (UHF) cubren frecuencias de 30 MHz a 3 GHz. En estos rangos, hay muy poca propagación ionosférica, lo que los hace ideales para la reutilización de frecuencias.
Las bandas de baja frecuencia (LF) y media frecuencia (MF) cubren el rango de 30kHz a 3MHz.
La banda de muy baja frecuencia (VLF) cubre 3–30 kHz. La baja frecuencia dicta que se requieren antenas grandes para lograr una eficiencia razonable. Una buena regla general es que la antena debe ser del orden de una décima parte de una longitud de onda o más de tamaño para proporcionar un rendimiento eficiente.
Como se indicó anteriormente, los efectos de propagación de RF varían considerablemente con la frecuencia de la onda. Es interesante considerar los efectos relevantes y las aplicaciones típicas para varios rangos de frecuencia.
POR QUÉ MODELO DE PROPAGACIÓN
Estos efectos deben ser considerados por el diseñador del equipo, pero generalmente no se consideran parte de la planificación del enlace de comunicación. En cambio, se supone que el hardware ha sido diseñado adecuadamente para el canal. En algunos casos, esto puede no ser cierto y un enlace de comunicación con suficiente intensidad de señal de recepción puede no funcionar bien. Sin embargo, esta es la excepción más que la norma.
Para la planificación de la comunicación, el modelado del canal de propagación tiene el propósito de predecir la intensidad de la señal recibida al final del enlace. Además de la intensidad de la señal, hay otras degradaciones de canal que pueden degradar el rendimiento del enlace. Estas alteraciones incluyen la propagación de retardo (difuminado en el tiempo) debido a la trayectoria múltiple y el desvanecimiento rápido de la señal dentro de un símbolo (distorsión del espectro de la señal).
El objetivo del modelado de propagación es a menudo determinar la probabilidad de rendimiento satisfactorio de un sistema de comunicación u otro sistema que depende de la propagación de ondas electromagnéticas. Es un factor importante en la planificación de redes de comunicación. Si el modelado es demasiado conservador, se puede incurrir en costos excesivos, mientras que un modelado demasiado liberal puede resultar en un desempeño insatisfactorio. Por lo tanto, la fidelidad del modelado debe ajustarse a la aplicación prevista.
MODELO DE SELECCIÓN Y APLICACIÓN
Aun así, puede ser valioso para ciertas circunstancias, como el marketing altamente competitivo o el desarrollo de propuestas.
No hace falta decir que esto puede conducir a un rendimiento decepcionante en algún momento en el futuro.
Puede haber una tentación de "comprar" diferentes modelos hasta que se encuentre uno que proporcione la respuesta deseada.
El proceso de modelado de propagación es necesariamente estadístico, y los resultados de un análisis de propagación deben usarse en consecuencia.
En general, es una buena idea emplear dos o más modelos independientes si están disponibles y utilizar los resultados como límites en el rendimiento esperado.
La selección del modelo que se utilizará para una aplicación particular a menudo resulta ser tanto arte (o religión) como ciencia. La cultura corporativa puede dictar qué modelos se utilizarán para una aplicación determinada.
Fuentes modelo
Si bien estos modelos pueden no ser siempre los más adecuados para una aplicación en particular, su amplia aceptación los hace valiosos como referencia.
Union (ITU) proporciona recomendaciones para modelar varios tipos de degradaciones de propagación.
Para modelos más ampliamente aceptados, organizaciones como International Telecommunications
También hay una variedad de modelos patentados basados en datos recopilados para aplicaciones muy específicas.
Muchas situaciones de interés tienen modelos relativamente maduros basados en grandes cantidades de datos empíricos recopilados específicamente con el fin de caracterizar la propagación para esa aplicación.
RESUMEN
El modelado de los efectos de propagación permite al diseñador adaptar el diseño del sistema de comunicación al entorno deseado
Los efectos de propagación tienden a variar con la frecuencia, y el funcionamiento en diferentes bandas de frecuencia a veces requiere que el diseñador aborde diferentes fenómenos.
Para la propagación de LOS, la distancia aproximada al horizonte aparente se puede determinar utilizando la altura de la antena y el modelo de tierra de 4/3.
La propagación ionosférica y troposférica rara vez se usa, y los efectos tienden a tratarse como molestias más que como un medio deseado de propagación.
La mayoría de los sistemas de comunicación contemporáneos usan LOS directo o propagación indirecta, donde las señales son lo suficientemente fuertes como para permitir la comunicación por reflexión, difracción o dispersión.
La propagación de ondas electromagnéticas puede ocurrir por ondas de tierra, ondas troposféricas u ondas de cielo.
También se utilizan designaciones de letras de las bandas, aunque las definiciones pueden variar.
El espectro de frecuencia se agrupa en bandas, que se designan mediante abreviaturas como HF, VHF, etc.
Debido a estos impedimentos, las características fundamentales de la propagación de RF generalmente varían con la frecuencia de la onda electromagnética que se propaga.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones, la propagación se ve afectada por la proximidad a la tierra, los objetos que bloquean la LOS y / o los efectos atmosféricos.
En el espacio libre, la pérdida de propagación entre un transmisor y un receptor se predice fácilmente.
MODOS DE PROPAGACIÓN
La propagación de ondas electromagnéticas se describe en las ecuaciones de Maxwell, que establecen que un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico y un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético
Propagación ionosférica
También es importante en el estudio de las comunicaciones satelitales a frecuencias más altas ya que las señales deben atravesar la ionosfera, lo que resulta en refracción, atenuación, despolarización y dispersión debido al retraso del grupo dependiente de la frecuencia y
dispersión.
La ionosfera es un plasma ionizado alrededor de la tierra que es esencial para la propagación de las ondas del cielo y proporciona la base para casi todas las comunicaciones de HF más allá del horizonte.
Propagación troposférica
La propagación troposférica es menos confiable que la propagación ionosférica, pero el fenómeno ocurre con la frecuencia suficiente como para ser una preocupación en la planificación de frecuencias.
existe. La propagación troposférica consiste en la reflexión (refracción) de RF de las capas de temperatura y humedad en la atmósfera.
La troposfera es el primer (más bajo) 10 km de la atmósfera, donde existen efectos climáticos.
Propagación indirecta u obstruida
La frecuencia de funcionamiento tiene un impacto significativo en la viabilidad de la propagación indirecta, y las frecuencias más bajas funcionan mejor. Las frecuencias de HF pueden penetrar edificios y follaje pesado con bastante facilidad.
La eficacia de la propagación indirecta depende de la cantidad de margen en el enlace de comunicación y la fuerza del difractado o señales reflejadas.
Aunque no es una definición literal, la propagación indirecta describe acertadamente la propagación terrestre donde el LOS está obstruido. En tales casos, la reflexión y la difracción alrededor de los edificios y el follaje pueden proporcionar suficiente intensidad de señal para que tenga lugar una comunicación significativa.
Propagación sin Perdida
Hay varios medios de propagación de ondas electromagnéticas más allá de la propagación de LOS. Los mecanismos de propagación sin LOS varían considerablemente, según la frecuencia de funcionamiento.
Propagación de línea de visión y el horizonte de radio
En el espacio libre, las ondas electromagnéticas se modelan como propagándose hacia afuera desde la fuente en todas las direcciones, dando como resultado un frente de onda esférico. Dicha fuente se llama radiador isotrópico y, en el sentido más estricto, no existe.
DESIGNACIONES DE FRECUENCIA
El espectro electromagnético se divide libremente en regiones como se muestra en la Tabla. Durante la Segunda Guerra Mundial, se usaron letras para designar varias frecuencias bandas, particularmente las usadas para radar.
Caracterización estadística de las pérdidas de propagación
Interferencias
Caracteristicas de las calles
Orientaciones
Alturas de edificios
Fluctuaciones
Valor esperado
Valor medio
Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad
Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación.
El modelo Okumura-Hata
Okumura-Hata
(PL/PT) = -L +GT +GR (DB)
Se pueden calcular para distancias R>1km como
Zona urbana densa L = A + B log R - E (dB)
Zona urbana de baja densidad L = A + B log R - C (dB)
Zona rural L = A + B log R - D (dB)
Zonas
Zonas rurales
Zonas urbanas de baja densidad
Zonas urbanas muy densas
Ajuste de leyes de decaimiento a recibida
Tipologia del entorno de datos
Frecuencia de las antenas
Altura de las antenas
INTRODUCCIÓN
En zonas Urbanas
Ondas Difractadas /Ondas Reflejadas
Función de Fases de estas Ondas
Destructivas
Constructivas
Densidad de potencia incidente en la antena receptora
La intensidad de campo Eléctrico
NO existe visibilidad entre los dos puntos a comunicarse
La estación MOVIL
Topic flotante
La estación BASE
Existen varias condiciones
Difracción por Obstaculos
Reflexión en la tierra
MODELACIÓN DE LA PROPAGACIÓN EN ENTORNOS MAGNÉTICOS
PROPAGACIÓN RADIOELÉCTRICA FABIAN GONZALÓN
PROPAGACIÓN RADIOELÉCTRICA
10 Difracción
La difracción ocurre cuando una señal transmitida se curva alrededor de un objeto con el que choca antes de llegar al receptor.
Difracción “filo de cuchillo”.
Sin embargo, por su complejidad, es más común la caracterización mediante el modelo de difracción de borde de Fresnel.
Esta es el resultado de diferentes fenómenos tales como la superficie irregular del terreno, bordes de las edificaciones u otro tipo de obstáculos que obstruyen la trayectoria de línea de vista entre el transmisor y el receptor
09 Zonas de Fresnel
Si arbitrariamente se toma u = 2√ y se reemplaza en la ecuación con fines de minimizar las pérdidas, se presenta h2(d1 + d2 λ(d1d2) )≥ 1
Extendiendo es posible lograr elipsoides relacionadas, en las cuales una contendrá la otra siendo contiguas y en contrafase, de tal forma que al realizar un corte transversal se obtengan anillos contenedores de radios
En donde toma la forma de una elipse cuya revolución en tres dimensiones genera un volumen, con las antenas como focos, denominado elipsoide de Fresnel.
08 Principio de Huygens-Fresnel
Este principio actúa esencialmente cuando la onda encuentra un obstáculo y da lugar a la refracción en bordes.
Si se construye un modelo en tres dimensiones de esta aseveración, se presenta una propagación hacia atrás; paradigma matemático que resolvió Agustín-Jean Fresnel al incluir un factor que afecta la amplitud de la fuente secundaria [2], lo que da oblicuidad en la dirección de propagación.
El físico holandés Christian Huygens estableció en 1678 que la propagación de un frente de onda se daba por la constante generación de fuentes secundarias que se expanden por todo el medio a la misma velocidad
07 Atenuación atmosférica
Las atenuaciones por gases atmosféricos son calculables desde las recomendaciones ITU
A una determinada frecuencia, la atenuación puede producir valores altos al entrar en resonancia con las moléculas contenidas.
En sistemas radio que emplean frecuencias superiores a los 12 GHz, existe un factor de atenuación significativo originado por el vapor de agua, aire seco y el oxígeno
06 Efecto ducto
Es posible que este efecto sea permanente, sin embargo, se debe tomar en cuenta en la planificación.
fecto ducto
Efecto Ducto. En la izquierda, cuando el rayo es curvado hacia la tierra y rebota, se conoce como ducto superficial. A la derecha, cuando la variación atmosférica está concentrada en una masa en aire se le conoce como ducto elevado.
La causa más común que provoca este efecto es la inversión de temperatura.
Cambios abruptos en el índice de refracción de la atmósfera ocasiona que los rayos de los sistemas de radio se curven
05 Curvatura de los rayos
A los cuales debe adicionarse el efecto de la difracción atmosférica y el desvanecimiento.
Alrededor de estas frecuencias y mayores, la longitud de onda se hace tan pequeña que puede considerarse con un haz o un rayo para el efecto de análisis.
Factor K
Es una cantidad escalar que modifica el radio de curvatura de la tierra, el cual depende de la no uniformidad del índice de refracción (n) con respecto a una altura (h) en un enlace LOS que funciona en un sitio conocido. Su valor depende del gradiente vertical (N • (a), se puede calcular mediante K= 1/ 1 + aN •
También debe tomarse en cuenta la polución, efectos de gases, concentraciones de agua, arborización y todos los elementos que se encuentren en la trayectoria.
Dada la forma de propagación en las ondas espaciales, la curvatura de la tierra puede llegar a tener influencia en la transmisión
04 Onda espacial
Subtopic
A este campo de propagación directa se le conoce como comunicaciones con línea de vista (LOS, Line ofSigth).
Para obtener el campo eléctrico en el receptor, debido a la influencia de la onda espacial,
Para frecuencias por encima de los 30 MHz se encuentran los principales servicios de telecomunicaciones, en donde las ondas directas se caracterizan porque viajan directamente desde el transmisor al receptor y dan la sensación de una línea recta semejante a la que tendría la visión del humano.
Las ondas espaciales poseen dos componentes dominantes, las ondas directas y las reflejadas en la superficie terrestre
03 Ondas ionosfericas
Ondas ionosfericas
Para frecuencia alrededor de 30 MHz, una onda electromagnética ingrese en la región de la ionósfera y se producirá un efecto de excitación en los electrones libres de esta capa debido a la variación del campo eléctrico
Centello
Es el resultado de la no uniformidad en la concentración de ionización de la capa, apreciable como variaciones en la amplitud, fase y ángulos de arribo de la onda propagada
Retardo de grupo
Técnicamente, es una medida de la dispersión de fase que se presenta como un efecto colateral a la propagación por onda ionosférica.
Variación en la dirección de la onda con respecto del cambio en índice de reflexión de la ionósfera.
02 Ondas de superficie
Ondas de superficie
Cuando la onda es emitida y hace contacto con la superficie, esta rebota produciendo un cambio de fase total.
Ecuación de pérdidas por espacio libre.
ya que de lo contrario sería una antena extensa paralela muy próxima a la superficie de la tierra que simularía un cortocircuito.
Una característica relevante en este tipo de propagación es que la polarización de la antena necesariamente debe ser vertical,
Para frecuencias alrededor 500 KHz, es decir, longitudes de onda mayores a 600 metros, la onda dominante es la superficial o terrestre
01 Propagación en el espacio real
Propagación en el espacio real
Dependiendo fundamentalmente de su frecuencia, el sistema de radio presentará algunas características conformadas por las ondas que presentan mayor contribución, las cuales serán descritas a continuación.
