Modelización de la propagación en entornos complejos

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Modelización de la propagación en entornos complejos

Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad

En un sistema de diversidad en espacio significa que la distancia d entre antenas receptoras debe ser tal que exista independencia estadística entre el campo incidente en cada una de las antenas.

Correlación entre la potencia recibida por dos antenas en función de su separación a la frecuencia de 5 GHz en un entorno de interiores. Se muestran los casos de separación entre antenas en horizontal y vertical. La figura muestra el valor medio de la correlación para un conjunto de medidas y el valor correspondiente a un percentil del 90%

la probabilidad de la fluctuación en el nivel de señal recibido sobre el valor medio de la atenuación para desvanecimientos del tipo Rayleigh en función del número de receptores independientes M. Así para un solo receptor la probabilidad de un desvanecimento de 20 dB es del 10-2. Mientras que con dos receptores incorrelados para esta misma probabilidad se obtiene un desvanecimiento de 10 dB. Por tanto es posible obtener una ganancia por diversidad de hasta 10 dB en el caso de emplear un sistema con diversidad de dos receptores

En una situación real de comunicaciones móviles el campo incidente en la antena receptora es el resultado de la superposición de múltiples contribuciones: campos reflejados en edificios, campos difractados en las aristas o bordes de los edificios, componentes reflejadadas en el suelo, y componentes provenientes de múltiples reflexiones.

Al desplazarse el receptor del punto 1 al 2 separados una distancia del orden de la longitud de onda, la fase de las distintas contribuciones varía de forma que la resultante puede presentar grandes fluctuaciones

Por tanto, un móvil al desplazarse observa fuertes variaciones en el nivel de señal recibido. A este efecto se le denomina desvanecimiento por multicamino, y se caracteriza estocásticamente.

Atenuación en función de la distancia entre emisor y transmisor a la frecuencia de 1900 MHz en una calle de la ciudad de Barcelona. Se observan las fuertes fluctuaciones de la atenuación y el aumento de la atenuación con la distancia. Las medidas han sido realizadas por el Grupo de Comunicaciones Radio de la UPC

Caracterización estadística de las pérdidas de propagación

Los modelos empíricos sólo proporcionan el valor medio o esperado de las pérdidas de propagación para un entorno genérico en función de la distancia entre la estación base y el terminal.

Éstas se deben a las diferentes alturas de los edificios, orientación y características de las calles, etc.

Por tanto, al describir una circunferencia en torno a una estación base se medirán variaciones en las pérdidas de propagación. Variaciones relativamente lentas en función de la distancia recorrida y que físicamente cabe asociarlas a la variación en el entorno.

Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación. Modelo Okumuna-Hata

Los modelos empíricos se basan en el ajuste de leyes de decaimiento de la potencia recibida en función de la distancia, altura de antenas, frecuencia y tipología del entorno a datos medidos.

Generalmente los modelos empíricos distinguen entre zonas urbanas muy densas, zonas urbanas de baja densidad y zonas rurales. A lo largo del tiempo se han desarrollado distintos modelos empíricos.

Uno de los más empleados es el denominado Okumura-Hata, que se desarrolló a partir de medidas realizadas en Tokio

El modelo Okumura-Hata predice una disminución del valor medio de la potencia recibida en función de la distancia de la forma que para una altura de antena de la estación base de 200 m implica una variación de la forma 1/R2,98 y para una altura de 30 m la variación en función de la distancia es de la forma 1/R3,52.

Cuanto más alta se encuentra la antena de la estación base menor es el exponente que afecta a la distancia.

Introducción

En entornos de propagación complejos en los que existe una superposición de varios efectos, el cálculo de las pérdidas de propagación debe abordarse de forma diferente.

En la mayoría de las ocasiones no existe visibilidad directa entre los dos extremos del enlace: la estación base y el terminal móvil. La intensidad de campo eléctrico y por tanto la densidad de potencia incidente en la antena receptora es el resultado de la contribución de ondas reflejadas y difractadas en los edificios y obstáculos del entorno.

En este contexto, la modelización de la propagación debe abordarse a partir de modelos empíricos que permiten determinar el valor medio o esperado de las pérdidas de propagación.

para evaluar las pérdidas de propagación asociadas a los distintos efectos que se han descrito: reflexión en tierra, difracción por obstáculos, etc. Cuando el efecto dominante en las pérdidas de propagación es únicamente uno de ellos las permiten estimar adecuadamente