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Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES
Conferencia 3: Análisis de
Radiopropagación
Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTM
Profesor...
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OBJETIVOS DE LA SESIÓN
I. Zamora
 Revisar la clasificación de los modos propagación de onda
según sus características
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CONTENIDO
• Modos de propagación de ondas. Clasificación.
• Pérdidas de gran escala y pequeña escala.
• Concepto de balanc...
Modos de propagación de onda: Clasificación
Ondas de Radio
(Radio waves)
Ondas Ionsfericas
o Cielo (Ionospheric
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Modos de propagación de onda
LA TIERRA
LOS (Línea de Vista, onda de tierra)
Ondas Superficiales
Ondas Troposféricas
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Pérdidas de propagación: Gran Escala
• Pérdidas o desvanecimiento a Gran Escala:
• Debidas a la características generales ...
Pérdidas de propagación: Pequeña Escala
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Pérdidas de propagación: combinación de efectos
8I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
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Balance de potencia
• Sensibilidad del receptor (umbral) - TH
– Nivel mínimo de señal que se debe recibir para obtener una...
Balance de potencia
Elementos de potencia y pérdidas de balance de potencia de un radioenlace
(+) Pet (dBm) Potencia de sa...
Balance de potencia
Ejemplo numérico:
+ 20 dBm Potencia de salida del transmisor
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Balance de potencia
16I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
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Ejemplo numérico:
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• Pérdidas de duplexores, circuladores y filtros (LDFT, LDFR en ...
Tipos de modelos de predicción
• Modelos de análisis de un radioenlace: Una herramienta para cada situación
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Densidad de potencia recibida y Campo eléctrico
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•Caso ideal : total visibilidad/sin obstáculos de ...
Ejercicios resueltos
Un satélite geoestacionario con órbita a 35,786 Km de altitud transmite una PIRE de
52dBW. Calcule el...
Ejercicios resueltos
Determine la potencia de salida de una antena receptora que tiene una ganancia
directiva de 5, con un...
Ejercicios propuestos
Determine la potencia capturada por una antena receptora para los siguientes parámetros:
• Potencia ...
• Lectura Obligatoria
• Wireless Communications
• Capítulo 4
Secciones 4.1 al 4.3 inclusive
• Transmisión por Radio
• Capí...
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  1. 1. Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES Conferencia 3: Análisis de Radiopropagación Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTM Profesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y Telecomunicaciones. Universidad Nacional de Ingeniería I Sem 2015
  2. 2. 2 OBJETIVOS DE LA SESIÓN I. Zamora  Revisar la clasificación de los modos propagación de onda según sus características  Introducir y diferenciar los componentes de pérdidas de propagación, en gran escala y pequeña escala.  Elaborar el presupuesto el balance de potencia de un radioenlace sencillo.  Comparar los modelos de predicción de pérdidas según su enfoque.  Deducir y aplicar el modelo de predicción en espacio libre para construcción del balance de potencia en problemas de radiopropagación. Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  3. 3. CONTENIDO • Modos de propagación de ondas. Clasificación. • Pérdidas de gran escala y pequeña escala. • Concepto de balance de potencia o presupuesto de pérdidas de un radioenlace. – PIRE, pérdida de trayecto, ganancia del receptor, margen de enlace, sensibilidad, etc.) • Tipos de modelos de predicción de pérdidas. • El modelo de propagación en espacio libre (Onda directa). – Fórmula general de propagación – Fórmula de Friis 3I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  4. 4. Modos de propagación de onda: Clasificación Ondas de Radio (Radio waves) Ondas Ionsfericas o Cielo (Ionospheric or Sky waves) HF Ondas de Tierra (Ground waves) Ondas Troposfericas (Tropospheric waves) HF, VHF Ondas Espaciales (Space waves) VHF, UHF Ondas Superficiales (Surface waves) VLF, LF, MF Ondas Directas (Direct waves) Ondas Reflejadas en Tierra (Ground-reflec- ted waves) 1 3.1 3.2 2 Hay cuatro mayores trayectorias de propagación: • Ondas de Superficie, Ondas Espaciales, Ondas Troposféricas y Ondas Ionosféricas. • En muchos casos, las dos primeras se agrupan y se denominan Ondas de Tierra 4I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación 3 3.1.1 3.1.2
  5. 5. Modos de propagación de onda LA TIERRA LOS (Línea de Vista, onda de tierra) Ondas Superficiales Ondas Troposféricas Ondas de Cielo Ionosfera Troposfera Onda Reflejada en Tierra Entre 30 MHz y 30 GHz 5I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  6. 6. Pérdidas de propagación: Gran Escala • Pérdidas o desvanecimiento a Gran Escala: • Debidas a la características generales del terreno (distancia), densidad y altura de los edificios, a la vegetación. • Variaciones ocurren a lo largo de grandes distancias (100m.- unos pocos Km.) • Importantes para predecir la cobertura y disponibiliad de un servicio particular. 6I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación Street Sign STOP Receiver Buildings Earth surface Buildings Line of Sight Transmitter
  7. 7. Pérdidas de propagación: Pequeña Escala 7I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación Street Sign STOP Line of Sight Reflection Diffraction Scattering Transmitter Receiver Buildings Earth surface Buildings • Pérdidas o desvanecimiento a Pequeña Escala: • Debido al entorno local, objetos, árboles y edificios cercanos. • Variaciones ocurren sobre cortas distancias, en el orden de la longitud de onda de la señal (<1 m.) • Factor importante de diseño de los formatos de modulación y del diselño de transmisor/receptor
  8. 8. Pérdidas de propagación: combinación de efectos 8I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  9. 9. Balance de Potencia etP drP 9I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  10. 10. Balance de Potencia 10I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación Modelo energético de un sistema de radiocomunicación TX RX Circuito de Acoplo Circuito de Antena Circuito de Antena Circuito de Acoplo etP tP tP rP rP drP PIRE ttL atL arL tL sL gL T T AT ARIT IR tG rG tG rG R R bL Modelo de antena real Modelo de antena real Antena ideal (ficticia) trL
  11. 11. Balance de Potencia 11I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación etP tP tP rP rP drP trL PIRE ttL atL arL tL sL gL tG rG tG rG bLTX RX Transmisor Potencia entregada por el Transmisor al ckt. de acople Pérdidas en ckts, de acoplamiento a la antena del Tx (T y T’). Potencia entregada a la antena real Pérdidas en la antena de transmisión (entre interfaces T’ y AT) Potencia (ficticia) entregada a la antena ideal, sin pérdidas. Potencia isótropa radiada equivalente, hacia el receptor Potencia (ficticia) en la entrada a antena ideal. Potencia disponible a la salida antena real Potencia disponible , entregada al receptor Pérdidas en ckts, de acoplamiento a la antena del Rx (R’ y R). Pérdidas en la antena de recepción (entre intertaces AR y R’) Pérdida básica de propagación (entre antenas isótropas Pérdida de transmisión (entre antenas ideales) Pérdida de sistema (entre interfaces de las antenas reales) Receptor Pérdida global ( entre interfaces T y R) Ganancia directiva de la antena transmisora Ganancia directiva de la antena receptora Ganancia de potencia de la antena transmisora Ganancia de potencia de la antena receptora Consideraciones y observaciones: trttsg aratts rtbt LLLL LLLL GGLL    0 0   ar at L L rr tt GG GG   rtbt GGLL 
  12. 12. cagG M TH Ganancia con control automático Margen de enlace Umbral o sensibilidad del Rx Balance de potencia etP ttL bL tG rG trL cagG Transmisor Receptor Hipsograma Entorno • Variación del nivel de señal a lo largo del trayecto (hipsograma) – Peor caso con desvanecimiento “F” (Fading) – CAG para entregar un nivel fijo de señal al demodulador drP F rP rP TH THPM dr  PIRE 12I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación tP trL Peor caso cagG
  13. 13. Balance de potencia • Sensibilidad del receptor (umbral) - TH – Nivel mínimo de señal que se debe recibir para obtener una determinada calidad en la comunicación. Estación base Terminal móvil Alcance /cobertura del sistema Potencia transmitida Señal útil Potencia mínima de la Señal recibida para un correcto funcionamiento (sensibilidad) Ruido e interferencia 13I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  14. 14. Balance de potencia Elementos de potencia y pérdidas de balance de potencia de un radioenlace (+) Pet (dBm) Potencia de salida del transmisor (-) Ltt (dB) Pérdidas en circuitos de acoplamiento (branching) a la antena del Tx. (+) Gt (dB) Ganancias de las antenas del Tx (isotrópica). (=) PIRE Potencia Isotrópica Radiada Equivalente. (-) Lb (dB) Pérdida básica de propagación. (-) F(dB) Desvanecimiento profundo (diversos factores: vegetación, multitrayectoria, etc.) (+) Gr (dB) Ganancias de las antenas del Rx (isotrópica). (=) Pr (dBm) Potencia recibida por la antena receptora. (-) Ltr (dB) Pérdidas en circuitos de acoplamiento (branching) a la antena del Rx. (=) Pdr (dBm) Potencia recibida en el receptor. TH (dBm) Umbral o sensibilidad del receptor. M(dB) Margen de desvanecimiento o de enlace (M=Pdr – TH) 14I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  15. 15. Balance de potencia Ejemplo numérico: + 20 dBm Potencia de salida del transmisor - 2 dB Pérdidas en circuitos de acoplamiento (branching) a la antena del Tx. + 10 dB Ganancias de las antenas del Tx (isotrópica). = 28 dBm Potencia Isotrópica Radiada Equivalente. - 114 dB Pérdida básica de propagación. - 0 dB Desvanecimiento profundo (diversos factores: vegetación, multitrayectoria, etc.) + 14 (dB) Ganancias de las antenas del Rx (isotrópica). = -72 dBm Potencia recibida por la antena receptora. - 2 dB Pérdidas en circuitos de acoplamiento (branching) a la antena del Rx. = -74 dBm Potencia recibida en el receptor. -82 dBm Umbral o sensibilidad del receptor. = 8 dB Margen de desvanecimiento o de enlace 15I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  16. 16. Balance de potencia 16I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación = -74 dBm = 8 dB Ejemplo numérico:
  17. 17. )()()()()()()( dBLdBGdBLdBGdBLdBmPdBmP trtbtttetdr  • Pérdidas de duplexores, circuladores y filtros (LDFT, LDFR en dB) • Pérdidas en los alimentadores de antena (Lx) (t, r en dB/m)  i ibfb LLdBL )( Pérdidas de espacio libre Pérdidas adicionales: Reflexión Difracción Dispersión Vegetación Hidrometeoros Desvanecimientos Potencia recibida Pérdidas básicas de propagación Pérdidas de acoplamiento (branching) )()/()()( mdmdBdBLdBL ttDFTtt   Balance de Potencia: Las pérdidas básicas 17I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación )()/()()( mdmdBdBLdBL rrDFRtr  
  18. 18. Tipos de modelos de predicción • Modelos de análisis de un radioenlace: Una herramienta para cada situación Ecuaciones de Maxwell  MUY COMPLEJO (Matemático) e impráctico Óptica de Geométrica  Espacio Libre, Uso de “Rayos”, Ej: Modelo de 2- rayos para reflexión a Tierra, Tierra Curva, Obstáculo Simple, etc. Expresiones (Modelos) Empíricos, semiempíricos o curvas de propagación normalizadas Modelos estadísticos  Muy útiles en comunicaciones móviles ¿Cómo determinar las pérdidas básicas para diversos entornos? 18I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación
  19. 19. Densidad de potencia recibida y Campo eléctrico (r)Z(r)e or  Z (r)e (r) o r 2  • La relación entre campo eléctrico recibido (en antena receptora) y densidad de potencia: Ley de Ohm de CEM Ωπ ε μ Z o o o 377120   )(ε ms/VA πm F π εo 0 99 libreespaciodela)dieléctric(constanteadpermitivid 36 10 36 10    ms/AVπ xH/mπ xμ - o libreespaciodeldadpermeabili 104104 77    19I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación :(r) :(r)er Zo : Densidad de potencia en antena receptora Campo eléctrico en antena receptora Impedancia característica del aire Entonces, la potencia máxima utilizable en el receptor está dado por: rreqr g (r)e π λ g(r)s(r)p r    1204 22 2,107)(log20)()( 10  MHzfdBuEdBWP rr :eqs Superficie equivalente de la antena receptora.
  20. 20. Las pérdidas básicas de propagación se obtienen de: generalen, )(41 1204 4 120 )( )( 2 22 22 22 (r)e rer gg g (r)eλ g rre rp p rr o rt r t o r t                Pérdidas excedentesPérdidas de espacio libre 20I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación Pérdidas básicas de propagación )(rp p r t 22 44 )( r gp r PIRE r tt o   Se sabe que: t ot g r rp 2 4 )(    Por tanto, las pérdidas se hallan como: t o t g r(r)e p 2 4 120    generalen, )(41 )( 2 22 (r)e rer ggrp p r o rtr t          FORMULA DE FRIIS
  21. 21.              (r)e (r)e λ π r lL r o bb 101010 log20 4 log20)(log10 V/m r pire r gp ππ gp π(r)Z(r)e tt tt oo 3030 4 120 2    21I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación Pérdidas básicas de propagación (r)e rer l r o b 2 22 )(4           i ibfb LLdBL )( Pérdidas excedentesPérdidas de espacio libre Pérdidas de espacio libre (LOS):               MHz Km bf /f. r,π λ π r L 8299 00014 log20 4 log20 1010 Con: f en MHz r en Km )(f)(rdB.L MHzKmbf 1010 log20log204532  dr hh d rt     ),( NOTA: Otras relaciones de espacio libre:
  22. 22. Modelo de propagación de Espacio Libre (LOS) Tx Rx Línea de Vista (LOS) •Caso ideal : total visibilidad/sin obstáculos de consideración (dentro de zona de Fresnel) •Válido en región de campo lejano (Fraunhofer) : d •Aplicaciones: comunicación satelital/enlaces de microondas con LOS. •Fórmula de Friis : Fórmula de espacio libre. d: distancia entre estaciones base 22I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación drm100dpara  )(f)(rdB.L MHzKmbf 1010 log20log204532 
  23. 23. Ejercicios resueltos Un satélite geoestacionario con órbita a 35,786 Km de altitud transmite una PIRE de 52dBW. Calcule el diámetro de la antena parabólica que se debe colocar, para una eficiencia de apertura del 70%, para recibir una potencia de -84.6dBm Solución: Partimos del hecho que la distancia y la altura del satélite son suficiente para considerar una propagación de espacio libre, y que obviamente el satélite se encuentra en la región de Franhoufer o de campo lejano por lo que planteamos la expresión para la potencia recibida en términos del área efectiva de captura equivalente de la antena receptora: phyapeqr s r pire s r pire rp   22 44 )(                                   7.010 10357864 1010 4 )( 10 52 23 310 6.842 W m W pire r rps ap rphy    2 503.0 msphy  2 2        D sphy  m ms D phy 8.0 5.0 22 2   23I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación (Sphy: es la superficie física de la antena.)
  24. 24. Ejercicios resueltos Determine la potencia de salida de una antena receptora que tiene una ganancia directiva de 5, con una eficiencia de 80%, que se encuentra a 20Km de una antena que tiene potencia de entrada de 40W y ganancia directiva de 4 con eficiencia de 70%. La frecuencia de operación es de 150MHz. Solución: Podemos ilustrar la situación como se muestra abajo: TX RX 4Td %70rad 5Rd %80rad MHzf 150Wpt 40 ?rp Kmr 20 Aplicamos la ecuación siguiente: 2 4        r gg p p rt t r   2 4        r ggpp rttr   2 ,, 4 ))((        r ddpp rrradttradtr    268 000,204 10150/103 )58.0)(47.0(40          xx pr Wxpr 8 1038.2   dBmpr 23.46 24I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación rrradrttradt dgdg ,, y  
  25. 25. Ejercicios propuestos Determine la potencia capturada por una antena receptora para los siguientes parámetros: • Potencia de entrada a la antena: 50W • Ganancia directiva de la antena transmisora: 1,250 • Eficiencia de radiación antena transmisora: 80% • Ganancia directiva de la antena receptora: 1,000 • Eficiencia de radiación antena receptora: 90% • Separación entre antenas: 20Km • Frecuencia de trabajo: 600MHz 25I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación A continuación se muestra un ejemplo de cálculo en el caso de un enlace punto a punto a 2,45 GHz:  Potencia de salida del transmisor = 15 dBm  Pérdidas en cables y conectores del transmisor = 4 dB  Ganancia de la antena transmisora = 8 dBi  Distancia entre transmisor y receptor = 1 km  Ganancia de la antena receptora = 15 dBi  Pérdidas en cables y conectores del receptor = 3 dB  Sensibilidad del receptor = –82 dBm @ 11 Mbit/s  Pérdidas adicionales (despolarización, desapuntamiento, obstáculos) = 3 dB Realice el presupuesto de potencia y calcule las pérdidas básicas asumiendo espacio libre, la potencia recibida, y el margen de enlace.
  26. 26. • Lectura Obligatoria • Wireless Communications • Capítulo 4 Secciones 4.1 al 4.3 inclusive • Transmisión por Radio • Capítulo 2 • Secciones 2.3.1, 2.6, 2.7.1 al 2.7.3, 2.9.1 al 2.9.4 26I. Zamora Unidad II: Análisis de Radiopropagación

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