SEMANA 02 TX/RX PROPAGACIÓN DE ONDA

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SEMANA 02 TX/RX PROPAGACIÓN DE ONDA por Mind Map: SEMANA 02 TX/RX  PROPAGACIÓN DE ONDA

1. 2.4 Efecto de la ionósfera

1.1. 2.4.1 Introducción

1.1.1. 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.

1.1.1.1. En el mismo año 1902, Kennelly y Heaviside, de forma independiente, postularon la existencia de una capa ionizada en la parte alta de la atmósfera como la responsable de la reflexión de las ondas electromagnéticas, explicando la propagación a grandes distancias.

1.1.1.1.1. El primer experimento para realizar mediciones directas de la ionosfera lo llevaron a cabo Appleton y Barnett en Londres, en 1925. Consistía en emitir una señal de onda continua de fase

1.1.2. Investigaciones más profundas demostraron que la ionosfera no es un medio estratificado, sino que presenta variaciones continuas de la densidad de ionización en función de la altura. Por razones históricas se mantiene la nomenclatura de capas D, E y F para designar cada una de las regiones de la ionosfera de altitud creciente. Bajo ciertas condiciones la capa F se desdobla en dos, las capas F1 y F2.

1.2. 2.4.2 Propagación en un medio ionizado

1.2.1. La propagación de ondas electromagnéticas en la ionosfera se puede modelar a partir de la propagación en plasmas.

1.2.1.1. Un plasma es una región de espacio, con la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío que contiene electrones libres.

1.2.2. Un modelo simplificado es el de plasma frío, en el que se desprecia el movimiento de los electrones por causas térmicas. Un análisis más acorde con la realidad es la presencia de un campo magnético estático.

1.3. 2.4.3 Influencia del campo magnético terrestre

1.3.1. En el análisis anterior no se ha considerado el efecto del campo magnético terrestre. Un plasma sometido a un campo magnético constante posee características anisótropas, de forma que la constante dieléctrica no es un escalar sino un tensor.

1.3.2. El efecto más notable es que la constante de propagación es función de la polarización de la onda. En concreto la constante de propagación es distinta para una onda polarizada circularmente a derechas o a izquierdas. Esto produce una rotación en el plano de polarización de una onda linealmente polarizada. Considérese la siguiente onda linealmente polarizada según el eje x, que se propaga en la dirección del eje z, y que se descompone como la suma de dos ondas polarizadas circularmente

1.4. 2.4.4 Comunicaciones ionósféricas

1.4.1. La existencia de la ionosfera permite, tal como comprobó Marconi, las comunicaciones a grandes distancias. 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 el índice de refracción atmosférico. Esta variación abrupta produce una reflexión de la onda incidente en la parte baja de la ionosfera.

1.4.2. 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).

1.4.3. 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. La densidad de ionización aumenta con la altura hasta alcanzar el máximo entre los 300 y 500 km.

2. 2.5 Modelización de la propagación en entornos complejos

2.1. 2.5.1 Introducción

2.1.1. 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

2.1.2. En función de la fase de cada una de las contribuciones la suma de todas ellas puede ser constructiva o destructiva. En el caso de ser destructiva se producirá un fuerte desvanecimiento en la señal recibida. Sin embargo, con sólo desplazar el móvil una distancia del orden de media longitud de onda (17 cm a 900 MHz),

2.1.3. La contribución puede ser constructiva, y por tanto se pueden observar fuertes variaciones en la potencia de señal recibida. Estas variaciones pueden ser del orden de 30 a 40 dB con pequeños desplazamientos.

2.1.4. De forma que desde el punto de vista de la planificación de un servicio, el objetivo es garantizar que una cierta pérdida de propagación no se supere el 90, el 95 o el 99 % del tiempo en función de la fiabilidad que se le quiera conferir al servicio

2.2. 2.5.2 Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación. Modelo Okumura-Hata

2.2.1. Uno de los más empleados esel denominado Okumura-Hata, que se desarrolló a partir de medidas realizadas en Tokio. De acuerdo con este modelo las pérdidas de propagación L definidas como se pueden calcular para distancias R>1km como: P_L/P_T = - L+ G_T+ G_R (dB) 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) Donde R es la distancia en km y los parámetros A, B, C, D y E dependen de la altura de la antena de la estación base (hb), la altura de la antena del terminal (hm) ambas expresadas en metros, y la frecuencia (f) expresada en MHz y según el modelo pueden calcularse como: A = 69,55 + 26,16 log f - 13,82 log hb B = 44,9 - 6,55 log hb C = 2(log (f/28))2 + 5,4 D = 4,78(log f)2 + 18,33 log f + 40,94 E = 3,2(log (11,75hm))2 - 4,97 ciudades grandes f 300 MHz E = 8,29(log (1,54hm))2 - 1,1 ciudades grandes f<300 MHz E = (1,11 log f-0,7)hm - (1,56 log f - 0,8) ciudades medias y pequeñas

2.3. 2.5.3 Caracterización estadística de las pérdidas de propagación

2.3.1. 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.. Éstas se deben a las diferentes alturas de los edificios, orientación y características. Por tanto, al describir una circunferencia en torno a una estación base se medirán variaciones en las pérdidas de propagación

2.3.2. Variaciones relativamente lentas en función de la distancia recorrida y que físicamente cabe asociarlas a la variación en el entorno. Dado que estas variaciones dependen de múltiples factores independientes, la resultante es una variación aleatoria de distribución gaussiana. De forma que las pérdidas de propagación se caracterizan como: L = L50 + Ls

2.3.3. Donde L50 es la atenuación mediana no excedida el 50 % del tiempo obtenida mediante un modelo empírico. Nótese que para una variable aleatoria gaussiana el valor medio o esperado y la mediana coinciden. En cuanto a Ls es una variable aleatoria gaussiana de media cero y caracterizada por su desviación estándar. Una vez más el valor de depende de la frecuencia y de la tipología del entorno y se determina mediante leyes derivadas de datos empíricos. Un modelo empírico es:  = 0,65(log f)2 - 1,3log f + A

2.4. 2.5.4 Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad

2.4.1. La diversidad en espacio en recepción es sólo una de las posibles formas de emplear la diversidad para combatir el desvanecimiento multicamino

2.4.2. Otras formas son la diversidad en polarización, diversidad en frecuencia, o diversidad temporal

2.4.3. cuando la relación señal a ruido es inferior a un cierto umbral, sistema que tiene la ventaja que sólo necesita un receptor, a la selección en cada momento de la rama que presenta la mejor relación señal a ruido y que requiere de tantos receptores como ramas