1. 2.5 Modelización de la propagación en entornos complejos
1.1. 2.5.1 Introducción
1.1.1. Los modelos de propagación de las secciones anteriores son útiles para evaluar las pérdidas de propagación asociadas a los distintos efectos que se han descrito: reflexión en tierra, difracción por obstáculos, etc
1.1.2. Cuando el efecto dominante en las pérdidas de propagación es únicamente uno de ellos las permiten estimar adecuadamente
1.1.3. 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
1.2. 2.5.2 Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación. El modelo Okumura-Hata
1.2.1. 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.
1.2.2. Cuanto más alta se encuentra la antena de la estación base menor es el exponente que afecta a la distancia
1.2.3. El modelo Okumura-Hata predice una disminución del valor medio de la potencia recibida en función de la distancia
1.3. 2.5.3 Caracterización estadística de las pérdidas de propagación
1.3.1. 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.
1.3.2. 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.
1.3.3. Para un entorno urbano denso podemos estimar la variación estandar de las fluctuaciones de las pérdidas debidas a la variabilidad del entorno
1.3.4. Si se desea el valor superado el 99% del tiempo, tenemos que la atenuación no superada el 99% del tiempo viene dada por L50 + 2,37*σ y PL (99%) = -101 dBm
1.4. 2.5.4 Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad
1.4.1. 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.
1.4.2. En entornos urbanos densos en que es habitual que no exista visibilidad directa entre el terminal móvil y la estación base las fluctuaciones en la densidad de potencia incidente y por tanto en la potencia recibida se caracterizan por una función de densidad de probabilidad Rayleigh.
1.4.3. Un elemento crítico para el adecuado funcionamiento de un sistema en diversidad es que a la salida de cada rama receptora se obtenga una señal estadísticamente independiente de las demás.
1.4.4. Típicamente las fluctuaciones entre potencia media recibida en cada rama debe ser inferior a 5 dB. Finalmente un factor que limita la independencia estadística de las ramas es el acoplo mutuo entre antenas.
1.4.5. es posible introducir diversidad en transmisión. También existen diversas formas de combinar la señal recibida por cada una de las ramas, desde el más simple consistente en conmutar de rama cuando la relación señal a ruido es inferior a un cierto umbral
1.4.6. También se pueden realizar sistemas basados en la combinación dinámica de la señal recibida por cada rama de forma que se maximice en cada momento la relación señal a rudio, de forma que el receptor se adapte a las características cambiantes del entorno de propagación
2. 2.4 Efecto de la ionosfera
2.1. 2.4.2 Propagación en un medio ionizado
2.1.1. La propagación de ondas electromagnéticas en la ionosfera se puede modelar a partir de la propagación en plasmas.
2.1.2. La ecuación del movimiento de un electrón en un plasma frío, en el que se propaga una onda plana y existe un campo magnético estático está dada por
2.1.3. La presencia del campo magnético estático dificulta el análisis, por lo que en los desarrollos que siguen se va a omitir
2.1.4. Una onda plana propagándose en este supuesto por la ionosfera tiene una constante de fase ' 00 εεµω=β
2.2. 2.4.1 Introducción
2.2.1. El 12 de diciembre de 1901, Marconi consiguió realizar de forma satisfactoria la primera comunicación radiotelegráfica transatlántica cubriendo una distancia de 3.000 km entre Gales y Terranova, en el extremo oriental de Canadá
2.2.2. Hertz había comprobado experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas, cuya naturaleza era similar a la de la luz.
2.2.3. experimentos de recepción a bordo de un barco desde una estación en tierra mostraron que a distancias superiores a 1.000 km las comunicaciones fallaban totalmente durante el día, mientras que durante la noche era posible la recepción a distancias superiores a los 3.000 km.
2.2.4. llamaron capa eléctrica, o abreviadamente capa E. Estudios posteriores revelaron la existencia de capas inferiores y superiores a la capa E, a las que manteniendo el orden alfabético se las denominó D y F respectivamente
2.3. 2.4.3 Influencia del campo magnético terrestre
2.3.1. Un plasma sometido a un campo magnético constante posee características anisótropas, de forma que la constante dieléctrica no es un escalar sino un tensor
2.3.2. El efecto más notable es que la constante de propagación es función de la Polarización de la onda.
2.3.3. A este efecto se le denomina rotación de Faraday. El ángulo de rotacion de la polarización depende de la diferencia entre las dos constantes de propagación
2.3.4. frecuencias superiores a 10 GHz, puede emplearse polarización lineal sin que exista una rotación apreciable en la polarización
2.4. 2.4.4 Comunicaciones ionosféricas
2.4.1. La existencia de la ionosfera permite, tal como comprobó Marconi, las Comunicaciones a grandes distancias.
2.4.2. El efecto de la ionosfera es distinto para las diferentes bandas de frecuencias. A frecuencias bajas y muy bajas (bandas de LF y VLF) la ionosfera supone un cambio brusco en términos de λ del índice de refracción atmosférico. Esta variación abrupta produce una reflexión de la onda incidente en la parte baja de la ionosfera.
2.4.3. Se puede considerar que la superficie de la tierra y la parte baja de la ionosfera forman una guía de ondas que favorece la propagación a grandes distancias en estas bandas de frecuencias (típicamente entre los 5.000 y 20.000 km).
2.4.4. A frecuencias más elevadas (MF y Superiores) la onda penetra en la ionosfera. La ionosfera es un medio cuyo índice de refracción varía con la altura.
2.4.5. La densidad de ionización aumenta con la altura hasta alcanzar el máximo entre los 300 y 500 km.
2.4.6. La propagación por refracción ionosférica está muy condicionada por las características ionosféricas. Un enlace de este tipo está sujeto a fluctuaciones profundas por la propia dinámica de la ionosfera, las interferencias son frecuentes y las señales se distorsionan debido a la dispersión.