Radio Enlace Y Radiocumunicaciones

Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación

Tema 8: RADIOENLACES TERRENALES DEL SERVICIO FIJO 04 de marzo de 2008

Juan José Murillo Fuentes [email protected]

8.1

Bibliografía ƒ Bibliografía básica: • Estas transparencias están basadas en el capítulo 5 del libro “Transmisión por radio” del prof. Hernándo Rábanos, ed. Ramón Areces 2003. ƒ Bibliografía adicional: • “Radio system design for Telecommunications”, Roger L. Freeman. Wiley scd ed.

© Copyright 2005. Si utiliza este material para generar algún otro cítelo como J.J. Murillo-Fuentes. “Radioenlaces terrenales del servicio fijo. Transparencias de la asignatura radiación y radiocomunicación.“ Universidad de Sevilla. 2005

[email protected]

8.2

Tema 8: RADIOENLACES TERRENALES DEL SERVICIO FIJO

Introducción 8.1 Estructura general de un radioenlace 8.2 Planes de frecuencias: bandas y asignación de frecuencias 8.3 Diagramas de bloques de equipos 8.4 Dispositivos de microondas y antenas 8.5 Parámetros básicos de un radioenlace 8.6 Anchura de banda 8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo del enlace 8.8 Desvanecimiento multitrayecto 8.9 Diversidad 8.10 Calidad y disponibilidad 8.11 Trayecto Digital Ficticio de Referencia para radioenlaces digitales 8.12 Calidad de radioenlaces digitales 8.13 Interferencias 8.14 Protección de los radioenlaces Repaso Radio Digital Ejemplos y Equipos [email protected]

8.3

Radiación y Radiocomunicación Tema 8. RADIOENLACES TERRENALES DEL SERVICIO FIJO Introducción 8.I Estructura general de un radioenlace: equipos, planes de frecuencias, antenas, parámetros básicos, ... 8.II Cálculo del enlace: Desvanecimiento multitrayecto y Diversidad 8.III Calidad y disponibilidad Trayecto Digital Ficticio de Referencia para radioenlaces digitales Calidad de radioenlaces digitales 8.IV Interferencias 8.V Protección de los radioenlaces

[email protected]

8.4

8.0 Introducción ƒ Radioenlace: a cualquier interconexión entre terminales de telecomunicación efectuada por ondas radioeléctricas. • Terminales ƒ ƒ

Fijos: radioenlaces del servicio fijo Móvil: sistemas o servicios móviles

• Situación de terminales ƒ ƒ

Todos en la tierra: radioenlaces terrenales Uno o más repetidores en satélite: radioenlace espacial o por satélite

ƒ Radioenlaces terrenales del servicio fijo: sistemas de radiocomunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de transmisión de información con unas características de disponibilidad y calidad determinadas.

[email protected]

8.5

8.0 Introducción ƒ Frecuencias: 2-50 GHz : enlaces de microondas. ƒ Sistemas modulados, con multiplexación. ƒ Radiocanal: pareja de portadoras ida y retorno. Se asocia a la idea de circuito de telecomunicación dúplex a 4 hilos. ƒ Clasificación atendiendo a la modulación de esta portadora • Radioenlaces analógicos, ƒ ƒ

Modulación: FM Señal moduladora: Múltiplex telefónico (hasta 2700 canales telefónicos), una Señal de Video (0 a 5 Mhz), una señal radiofónica FM

• Radioenlaces digitales, ƒ ƒ

Modulación: B-PSK, 4-PSK, D-PSK, OQPSK, MQAM,... Señal moduladora 9 video, audio, datos,un múltiplex digital 64 Kbits/s ITU-T (antiguo CCITT), o múltiplex de orden superior PDH y SDH, 9 Capacidad: baja hasta 2Mb/s, media hasta 8, alta si ≥ 34 Mbits/sg.

[email protected]

8.6

8.0 Introducción ƒ Propagación troposférica • Repetidores • Vano: sección del enlace radioeléctrico entre un terminal y un repetidor, o entre dos repetidores. ƒ

ƒ ƒ ƒ ƒ

Si f <10GHz, se despeja al menos un 60 % de la primera zona de Fresnel y en condiciones normales de refractividad atmosférica: límite ≈80 Km. Si f >10GHz, la atenuación por lluvia limita la distancia: límite≈30 Km Económicamente, interesan vanos de la mayor longitud posible Pero, hay que tener en cuenta desvanecimiento es proporcional a d (Rec ITU 530) El problema: ¿Longitud óptima del vano?

ƒ Existen radioenlaces con propagación por dispersión troposférica: “radioenloaces transhorizonte” • Allí donde los repetidores tengan una difícil colocación • Alcance de 200 Km • Problemas: elevadas potencias, grandes desvanecimientos: terminales caros. • Alternativa: radioenlaces por satélite. [email protected]

8.7

8.0 Introducción ƒ Antenas muy directivas (relación delante-atrás) permiten • Reutilización del mismo par de frecuencias en cada vano

ƒ Limitación de recursos espectrales: • Planes estrictos de canalización: aumenta distorsión, ISI,... ƒ

Solución: codificación, igualación.

ƒ Ventajas e inconvenientes de un radioenlace • Ventajas (no hay que poner el medio) ƒ

Inversión reducida

ƒ

Instalación rápida y sencilla

ƒ

Conservación más económica y de actuación rápida

ƒ

Se superan bien las irregularidades del terreno

• Inconvenientes (acceso a emplazamientos elevados) ƒ

Necesidad de visibilidad directa

ƒ

Acceso adecuado a repetidor, energía, ...

ƒ

La segregación de canales no es tan flexible

ƒ

Linealidad en repetidores

ƒ

Anchos de banda reducidos comparado con fib. óptica

[email protected]

8.8

8.1 Estructura general de un radioenlace ƒ ¿Qué partes tiene un radioenlace? ƒ ¿Qué nomenclatura se utiliza para ellas? ƒ ¿Cuándo fallan? ƒ ¿Qué mecanismos se contemplan para hacer frente a fallos?

►Indice

[email protected]

8.9

8.1 Estructura general de un enlace reflector

Rp1

!! Rp2 TA

Vano 1

M T V R X Supervisión

f1 f2

Terminal A [email protected]

TB

Vano 3

Vano 2

R-T

R-T

T-R

T-R

Supervisión

Supervisión

M V T X Supervisión R

Terminal B 8.10

8.1 Equipos y elementos de reserva ƒ Estaciones terminales y estaciones repetidoras intermedias con sus equipos transceptores • Transceptores (TRX): equipos transmisores-receptores en el mismo bastidor, compartiendo el mismo sistema radiante. ƒ Las estaciones intermedias pueden ser • Estaciones nodales: se baja a banda base y se pueden extraer-introducir canales (“drop-in”). Rp1

TA

Sección de conmutación: Control, protección y supervisión

Nodo1

• Repetidores activos: se amplifica en FI y se reenvía • Repetidores pasivos: la señal se reenvía, en otra dirección, tal como ha llegado. Son reflectores (espejos), back to back,... [email protected]

8.11

8.1 Equipos y elementos de reserva: Back-to-back Típico en sistemas de señalización ferroviarios

[email protected]

r GSM

Radioenlace Copyright ©murillo 2007

Copyright ©murillo 2007

Secto

8.12

8.1 Equipos y elementos de reserva ƒ Sistema de comunicaciones “en serie”: un corte en un vano inutiliza el sistema completo. • Y se exige una elevada disponibilidad: ƒ

ƒ

Redundancia 9 elementos de reserva: equipos (averías) y canales 9 técnicas de diversidad (desvanecimientos) Sistemas de supervisión

ƒ Elementos de reserva • Equipos de “protección” o “reserva activa” (stand-by) • Sistemas “M+N”: M canales activos y N de reserva ƒ ƒ

Muy usuales sistemas 2+1 y 3+1. Conmutación 9 Por separado en cada sentido 9 automática (sistemas de supervisión) o manual (mantenimiento). 9 En FI (ciclo conmutación más breve) o en BB

• Utilizados por: degradación señal referencia, ruido elevado, BER alta.

[email protected]

8.13

8.1 Equipos y elementos de reserva ƒ Sistemas de supervisión • Canales de servicio: canales reservados para la comunicación entre personal de mantenimiento • Telecontrol: obtener la máxima información sobre el posible estado del radioenlace en un momento determinado (estación no atendida ⇒ central) • Telemando: envío de información a las estaciones no atendidas en permanencia (estación no atendida ⇐ central) • Señales de control del sistema de conmutación

►Indice

[email protected]

8.14

8.2 Planes de frecuencias: Bandas y asignación ƒ ¿Cómo asignar las distintas frecuencias de portadora en cada vano del enlace para cada radiocanal? •¿Deben de tener alguna separación? •¿Qué papel juegan las antenas? •¿Y la polarización?

ƒ ¿Qué es el plan de frecuencias? ƒ ¿Está regulado?

►Indice

[email protected]

8.15

8.2 Planes de frecuencias: portadoras ƒ El plan de frecuencias fija, entre otras cosas, las frecuencias de las portadoras (Tx-Rx) del radiocanal. ƒ Hay que tener en cuenta Frecuencias • Pt-Pr ≈ 60 a 90 dB suficientemente separadas • Pueden existir acoplos • La directividad de las antenas en repetidores. ƒ Plan a 2 frecuencias: una para cada sentido de la transmisión del vano. H H V V H H f1 f2 f1 f2

f1 delante

f2 atrás

• Hay posibilidad de interferencia hacia atrás y hacia adelante • Se cambia la polarización en cada vano [email protected]

8.16

8.2 Bandas de frecuencias ƒ En el Reglamento de Radiocomunicaciones (2001, ITU-R) se asignan al servicio fijo las bandas: 2,4,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,18,23,27,31,38,55 GHz http://www.itu.int/ITU-R/publications/publication.asp?product=rr2001&lang=s

(previo pago) y http://www.mityc.es/NR/rdonlyres/E322047D-8EBB-4A46-891F6AE592606CC3/0/notasrr.pdf ƒ Atendiendo a este Reglamento, el Cuadro Nacional de Asignación de Frecuencias (CNAF) elaborado por la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información (SETSI) -Antigua Secretaría General de Comunicaciones (SGC)- recoge los distintos usos de las bandas, y entre ellos los de los radioenlaces del servicio fijo. http://www.mityc.es/Telecomunicaciones/Secciones/Espectro/cnaf/ (Ultimo: 2005)

ƒ Hoy día existe saturación por debajo de 10 GHz, y se han asignado nuevas bandas, por encima de los 17 GHz, hasta llegar a los 50 GHz

[email protected]

8.17

Ejemplo 1: Radioenlace del Servicio Fijo

[email protected]

8.18

Ejemplo 1: Radioenlace del Servicio Fijo CNAF 2005:

[email protected]

8.19

Ejemplo 1: Radioenlace del Servicio Fijo

Figura 10 [email protected]

8.20

Ejemplo 2: CNAF, UN-85: ¿Qué son estas frecuencias?

[email protected]

8.21

5

Ejemplo 2: CNAF, UN-85: ¿Qué son estas frecuencias? ƒ CNAF 2002: NOTAS UN - 85 ƒ Banda de frecuencias 2400 a 2483,5 MHz. ƒ Estas frecuencias podrán ser utilizadas en redes de área local para la interconexión sin hilos entre ordenadores y/o terminales y dispositivos periféricos para aplicaciones en interior de edificios. ƒ La potencia total será inferior a 100 mW (PIRE). Otras condiciones de uso han de ser conforme a la Recomendación CEPT/ERC 70-03 Anexo 3. ƒ Esta utilización se considera de uso común. ƒ Esta banda de frecuencias también podrá utilizarse para aplicaciones generales de baja potencia en recintos cerrados y exteriores de corto alcance. ƒ La potencia radiada máxima será inferior a 100 mW. ƒ Esta utilización se considera de uso común. ƒ En ambos casos, las características radioeléctricas de estos equipos se ajustarán a las especificaciones ETSI ETS 300 328, ETS 300 440 o bien al estándar específico, si es el caso y en base a lo anterior deberá realizarse la correspondiente evaluación de la conformidad. ƒ Se puede consultar el del 2005 en http://www.mityc.es/NR/rdonlyres/585CE878E35E-43B6-B161-C43AEFE16410/0/notas_UN_junio2005.pdf

[email protected]

8.22

8.2 Bandas de frecuencias: enlace digital ƒ Las bandas por debajo de 10 GHz están saturadas, Banda 18 23 27 31 38

[email protected]

Gama de Separación de Recomendación Frecuencias Canales UIT-R Serie F (GHz) (MHz) 17.7-19.7 220-110-55-27.5 595 80-40-20-10-6 21.2-23-6 112 a 3.5 637 24.25-27.5 112 a 3.5 748 27.5-29.5 112-56-28 31.0-31.3 25-50 746 36.0-40.5 3.5-2.5 749 112 a 3.5

8.23

8.2 Planes de frecuencias: Bandas y asignación ƒ ¿Qué más cosas fija el plan de frecuencias aparte de las bandas? • El plan de frecuencias recoge para cada banda, ƒ

Su frecuencia central

ƒ

Su anchura

ƒ

Número de radiocanales

ƒ

Las portadoras asociadas a cada canal

ƒ

Separación entre frecuencias adyacentes y entre las frecuencias extremas y los bordes

ƒ

Polarizaciones de cada portadora

ƒ

Tipo y calidad de radioenlace

HVHVHVHVHV

ƒ Objetivos? • Optimizar la utilización del espectro • Minimizar interferencias • Otros: facilitar interconexión en circuitos internacionales, intercalado de radiocanales adicionales, transmisiones mixtas analógicas-digital

[email protected]

8.24

8.2 Planes de frecuencias: enlace digital ƒ Ejemplo de plan para radioenlace digital: Rec 636 (14 GHz) • Separaciones posibles entre canales 14 ó 28 MHz: 32 ó 16 radiocanales 950MHz

23MHz

17MHz 1 2 3 14.400GHz

16

1’ 2’ 3’

70MHz

16’ 15.350GHz

28MHz

• Pequeña capacidad:

1 2 3 4

[email protected]

1’2’ 3’ 4’

8.25

8.2 Planes de frecuencias: enlace digital ƒ Las frecuencias de portadora se suelen calcular a partir de un conjunto de expresiones, función de una frecuencia de referencia fr = 11 701 MHz

ƒ Estas expresiones, para el caso 28 MHz-16 radiocanales son fn= fr + 2 688 + 28n fn’= fr + 3 626 -28·(16 - n)

►Indice

[email protected]

8.26

8.3 Diagrama de bloques de equipos 8.4 Dispositivos de microondas y antenas ƒ ¿Qué interfaces tiene un equipo? ƒ ¿De qué elementos consta?¿Qué arquitectura tienen? ƒ ¿Qué es un transceptor? ƒ ¿Qué es un front-end o cabecera? ƒ ¿Por dónde pasa una señal desde su modulación hasta su demodulación? ¿Qué elementos comparten los radiocanales? ƒ ¿Qué diferencia hay entre un repetidor y un nodo?¿Qué arquitectura tienen? ƒ ¿Cuáles son los dispositivos que forman parte de un radioenlace del SF? • ¿Líneas de alimentación? • ¿Antenas? ►Indice

[email protected]

8.27

8.3 Diagrama de bloques de equipos ƒ Elementos: VF, BB, RF, FI, MUX, M y D, Tx, B (branching), C, F(feeder), DX, f1 y f2

[email protected]

8.28

8.3 Diagrama de bloques de equipos ƒ Transceptor: Tx-Rx en el mismo bastidor ƒ Front-end: cabezal o cabecera LTT

Mod

Amp

Up-Conv

Filtro

U Eb/No C/N T. Señal

GR

PT

Banda Base T. Señal

Lb

GT

Amp FI

Dem

S/N Pe

[email protected]

PR D-Conv

LNA

CAG

FI

R

LTR Filtro

Cabecera Fn

8.29

8.3 Diagrama de bloques de equipos ƒ Diagrama de bloques de un repetidor

DX

DX RF

D/C

U/C

FI

ƒ Diagrama de bloques de un nodo • Para regeneración señal (BB) • Para “drop-in” BB

PA

BB DX

DX RF

[email protected]

D/C

FI

Dem

MX

Mod

U/C

PA

8.30

8.4 Dispositivos de microondas y antenas ƒ Circuitos de acoplo y alimentadores • De acoplo ƒ

Circuladores, Filtros, Polarizadores, Duplexores

• Alimentadores ƒ

Líneas coaxiales: 9 hasta 3 GHz, flexibles y fáciles de instalar 9 Conductor interno-dieléctrico-conductor exterior: 50 ohm

Tipo

ƒ

Atenuación (dB/m) 1 GHz 3 GHz 7/8’’ 0.039 0.072 15/8’’ 0.021 0.039 Guiaondas: modo fundamental, f >3GHz Tipo Banda de Frecuencias (GHz) R 40 3.2-50 R 58 4.6-7.15 R 70 5.4-8.5

[email protected]

Atenuación (dB/m) 0.024 0.041 0.055

8.31

8.4 Antenas ƒ Antenas reflectores de bocina o paraboloides, • Para f> 2Ghz, D<3m ƒ Son parámetros de interés • Ganancia isótropa (parabólica)

( )

πD g =η λ

2

G = 20.4 + 10 log ηT + 20 log D (m) + 20 log f (GHz)

• Anchura de haz (3 dB) BW º = 70

λ D

=

21 f (GHz ) D( m )

• Diagrama de radiación

[email protected]

8.32

8.4 Antenas: Diagrama de envolvente

[email protected]

8.33

8.4 Antenas: repetidores pasivos ƒ Back-to-back

⎛ 4π d1d2 PT lp = = ⎜⎜ ⎜⎝ PR λ

1

1

∏ gi

PT

4

⎞⎟ ⎟⎟ ⋅ ⎠

4

2 d1

Rp 3

4 d1

PR

i =1

ƒ Reflector plano

4π σ = ( ab cos(α / 2) ) 2 λ 2

( 4πd1d2 )2 PT 1 lp = = ⋅ 2 PR g1g2 cos 2 ab α ( ( )) ƒ Montaje periscópico

[email protected]

axb d2

d1 α PT

PR obstáculo ►Indice

8.34

8.5 Parámetros de un radioenlace 8.6 Ancho de banda ƒ 8.5 •¿Qué parámetros intervienen en un radioenlace? •¿Qué notación usamos? •¿En qué puntos están referidos? •¿Qué es un hipsograma?

ƒ 8.6 •¿Qué ancho de banda tiene la señal transmitida (Analog y Dig)? ►Indice

[email protected]

8.35

8.5 Parametros básicos de un radioenlace ƒ Son aquellos involucrados en la ecuación de FRIIS:

PR (dBm) = PT (dBm) − LTT + GT − LB + GR − LTR • Donde intervienen directamente ƒ ƒ

Potencia entregada: Potencia de transmisión, PT (dBm) Pérdidas en los circuitos de acoplamiento LTT LTR (dB)

LTT = LDFT + α T lT ƒ ƒ ƒ

LTR = LDFR + α R l R

Ganancias de las antenas, GT GR (dB) Pérdidas básicas de propagación Lb (dB) Potencia recibida PR (dBm) definida a la entrada del Amplificador RF.

• E indirectamente, en la potencia recibida, ƒ

ƒ

El ruido, Factor de Ruido 9 del Rx, FR (dB) 9 del sistema FS (dB) La relación portadora ruido PR /N=C/N (dB)

[email protected]

8.36

8.5 Parametros básicos de un radioenlace,... ƒ ƒ ƒ ƒ

Potencia mínima utilizable o sensibilidad U (dB) Relación señal/ruido S/N (dB) o portadora/ruido C/N (dB) Relación Energía de bit/densidad espectral de potencia Eb/No (dB) Probabilidad de error, Pe

GT

LTT

Lb

LTR GT

CAG

F Rx

Tx Hipsograma [email protected]

8.37

Relación C/N: Esquema Tx Rx, Figura 2.14, pp 80 PIRE Gr

Gt

Tx

AR CIRCUITO R’ CIRCUITO R DE DE ANTENA ACOPLO

T CIRCUITO T’ CIRCUITO AT DE DE ACOPLO ANTENA

pet PT Ltt

pt

p’t Lat

f s = f a − 1 + f ar ftr f r

pdr g rx CF = N F kTo Bf s g rx / lar ltr

Dt Lb Dr

Lar

R

pdr CF = = kTo B f s lar ltr N F

OJO!: En R, si fa=1 (Ta=To), entonces fs

[email protected]

GRX

Ltr

1 N F = kTo Bf s g rx lar ltr

CF CF = NF NF

FR

F

pdr PR

p’r

pr

Rx

R

AR

pr = kTo Bf s

= fs larltr = fr

8.38

En resumen ƒ La sensibilidad en el punto AR, tal como se dio en Tema 4: Pr |min = Eb / N 0 |min +Fs + 10 log(Vb ) − 174(dBm / Hz ) fs

AR

= fs = fa + far ftr fr − 1 = fa + lar ltr fr − 1

• Para el caso analógico se tiene fórmula análoga • Si queremos calcular el margen del sistema: M = Pr − Pr |min = Pet − Ltt − Lat + Gt − Lb + Gr − Pr |min

ƒ La sensibilidad en el punto R: Pdr |min = Pr |min −Lar − Ltr • Si queremos calcular el margen del sistema: • Ó M = Pdr − Pdr |min = Pet − Ltt − Lat +Gt − Lb +Gr − Lar − Ltr − ( Pr |min −Lar − Ltr ) ƒ

Donde se observa que todo queda igual, al restar lo mismo en los dos términos

• De forma “elegante” se suele definir la figura de ruido “referida” en R: • Y se calcula:

[email protected]

Fs

R

= Fs

AR

− Lar − Ltr

Pdr |min = Eb / N 0 |min + Fs

R

+ 10 log(Vb ) − 174(dBm / Hz )

8.39

8.6 Ancho de Banda ƒ ANCHURA DE BANDA • Sistemas analógicos, ƒ

Señal vídeo en FM

B = 2( Δf c + f v ) = Δf cc + 2 f v = 18MHz

9 Δfcc Excursión pico a pico señal moduladora (Rec ITU-R 276: 8MHz) 9 fv Frecuencia máxima de video (Sistemas B y G, 5MHz)

ƒ

TV: vídeo y audio

B = Δf cmm + 2 f mm 9 Queda 9 Se aproxima Δfcmm≈ Δfcc y fmm ≈ fsm

fv fS1 fS2

fmm

fsm

B = Δf cc + 2 f sm

• Sistemas digitales: banda lateral/residual, velocidad binaria, número de niveles, conformado de pulso,…

( 1+α) B= = 1 ⋅ (1 + α ) ⋅ V Ts

b⋅

1 log 2 M

= K ⋅ F ⋅ Vb ⋅ R

(TS

= Tb log 2 M ) ►Indice

[email protected]

8.40

ƒ 8.7 Diseño de un radioenlace • ¿Qué pasos hay que seguir en el diseño de un radioenlace? • ¿Qué factores intervienen? • ¿Cómo se protege el enlace frente a desvanecimientos de factor k?=¿Alturas de antenas? • ¿Cómo se protege el enlace frente a desvanecimientos multitrayecto?

ƒ 8.8 Desvanecimiento Multitrayecto • ¿Qué efectos tiene sobre el enlace? • ¿Qué mecanismos pueden paliarlos?

ƒ 8.9 Diversidad • ¿Qué tipos hay de diversidad? • ¿Qué ventajas incorpora la diversidad? • ¿Qué papel juega el Procesado de señal? • ¿Qué es el factor de mejora? [email protected]

►Indice

8.41

8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo de radioenlaces ƒ El problema se reduce al cálculo de las pérdidas básicas,

Lb = Lbf + Ldi + Ld + La + L p + Lg • Espacio libre, difracción, desvanecimiento, ángulos, precipitaciones, gases

ƒ La metodología en el diseño de un radioenlace queda • 1. Análisis de la geometría del perfil: determinar altura de las antenas • 2. Evaluar Pérdidas Adicionales debidas a atmósfera: ƒ ƒ

desvanecimiento factor k Atenuación debida a gases atmósféricos

• 3. Cálculo atenuación por lluvia • 4. Estudio de la despolarización • 5. Estudio de desvanecimientos multitrayecto: plano y selectivo • 6. Protección contra desvanecimientos multitrayecto: Técnicas de diversidad [email protected]

8.42

8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo de radioenlaces ƒ 1.- Cálculo de alturas de antenas • Mínimas necesarias para asegurar la transmisión en ƒ ƒ

Condiciones normales (pérdidas por difracción tolerables) Condiciones anómalas (Pb pequeña de pérdida de visibilidad)

• Rec ITU-R PN 530 (sin diversidad) 1. k (k=4/3) → ht, hr : despejamiento = R1 ƒ 2. k(0,1%) → ke (efectivo, rebasado el 99.9%) para el mes más desfavorable, Figura 3.23 Nuevo cálculo de alturas ht, hr con ke para 9 a) Clima templado: obstáculo aislado (incidencia rasante) » despejamiento= 0,0R1 obstáculo redondeado » despejamiento= 0,3R1 9 b) Clima tropical: si d > 30 km » despejamiento= 0,6R1 ƒ 3. hT y hR son los valores máximos obtenidos en 1. y 3. ƒ

• Si salen cero: 10-15 m ƒ ƒ

Despejamiento respecto a entorno inmediato Seguridad y protección de la instalación

[email protected]

8.43

8.7 Datos de propagación necesarios para el cálculo de radioenlaces ƒ 2.- Pérdidas Adicionales • Atenuación por gases y vapores (f > 10 GHz) • Difracción por factor k, se calcula para ke

ƒ 3.-Atenuación por lluvia (f > 6,7,10 GHz) → p% de tiempo, indisponibilidad ƒ 4.- Despolarización

8.8 Desvanecimiento multitrayecto ƒ 5.- Se produce por reflexión en el suelo o por reflexión en la atmósfera (debido a cambios en el índice refracción) • Aumenta con frecuencia y distancia

Efecto de la selectividad

P (F ) = K ⋅ d 3.2 ⋅ (1 + εp )−0.97 ⋅ 10[ 0.032 f −0.00085hL −F /10 ](%) Método 1 de la recomendación ITU-R 530

• RE Digitales: ƒ

ƒ ƒ

ISI → BER ↑ , despreciable vb <10 Mbps e importante vb >20 Mbps 9 diversidad+igualación+codificación 9 No mejora a potencia ↑ Recuperación de portadora: error de fase = giro en la constelación Temporización: no en la máxima abertura del diagrama de ojo

[email protected]

8.44

Efecto ISI en Diagrama de Ojo Eye-Pattern Diagram

Eye-Pattern Diagram

2 2.5 1.5

2 1.5

1

1 0.5 amplitude

amplitude

0.5 0

0 -0.5

-0.5

-1 -1 -1.5 -2

-1.5

-2.5 -2 4

[email protected]

6

8 10 time (second)

12

0 x 10

-6

0.2

0.4 0.6 time (second)

0.8

1 x 10

-5

8.45

8.8 Desvanecimiento multitrayecto por reflexión en suelo ƒ 6.- Ya se vió en tema 7. Soluciones: • Diversidad, • Inclinación de las antenas (RR en mínimo diagrama radiación), • Desplazamiento del punto de reflexión, Alturas antenas • Apantallamiento RR • Sistemas antireflectantes: se ponen en fase (con φ) los RD y se calcula s para cancelar la suma de RR. RD

θ

δ=

2π

λ

⋅ s ⋅ senθ = π

H Rx

s RR

φ

DF

θ

[email protected]

8.46

8.9 Solución: Diversidad ƒ Diversidad: enviar información por caminos radioeléctricos diferentes • Espacial, • de frecuencia, • de ángulo, • de polarización, • de ruta ƒ Según el tipo de procesado de Señal de los distintos caminos: • Conmutación • Combinación ƒ Interesa correlación pequeña entre distintas señales a procesar ƒ Ventajas: • Reduce el % de tiempo de desvanecimiento • Aumenta la fiabilidad (redundancia) • Mejora la S/N o la BER [email protected]

8.47

8.9 Diversidad Espacial ƒ Características • Poco probable un doble desvanecimiento • Una sola frecuencia • Redundancia sólo en Recepción: Fiabilidad en Rx. • Se aconseja una distancia vertical de

Δh =

λd 4h

RX

f1 TX

≥ 150λ

Δh

Procesador

f1 RX h: altura del transmisor [email protected]

8.48

8.9 Diversidad Espacial

En sistemas digitales las antenas pueden ir más juntas

[email protected]

8.49

8.9 Diversidad de Frecuencia ƒ El periodo de desvanecimiento difiere para frecuencias separadas entre 2-5%. En la práctica (escasez de frecuencias) se separan un 1-2% • Cuando una se desvanece la otra frecuencia no. ƒ Redundancia Tx y Rx: Aumenta fiabilidad ƒ Inconveniente: usar otro radiocanal (espectro es bien escaso y caro)

TX1

RX1

Rama1

f1 BR

BR

Procesador

f2 TX2

[email protected]

RX2

Rama2

8.50

8.9 Diversidad Espacial – Frecuencia (Montaje Mixto) ƒ Cuando la separación de frecuencia no sea suficiente RX1 BR

f1,f2

Tx1

RX2 Δh

BR Tx2

Rama1

Rama2 Procesador

f1,f2

RX1 BR

Rama3 Rama4

RX2 [email protected]

8.51

8.9 Diversidad: otros

Div. frecuencial

Div. espacial

Div. espacial

ƒ Diversidad cuádruple: casos muy complicados, como largas distancias en mar. f3 f1 TX1 F1 RX1 F3 f3 f1 RX2 F3 TX2 f4 f2 F2 RX3 F4 f4 f2 RX4 F4

TX1 F3 RX1 F1 RX2 F1 TX2 F4 RX3 F2 RX4 F2

ƒ Diversidad de trayecto: lluvia. (circunstancias excepcionales) ƒ Diversidad de ángulo: se juega con haces de antenas [email protected]

8.52

http://www.gaips.upv.es/PWire.htm

Récord máxima distancia para radioenlace: 100 mW, 11Mbps, 2.5GHz ¿Es casualidad que sea sobre mar...? [email protected]

8.53

8.9 Diversidad con Trat. Señal ƒ Selección por conmutación: • Se elige la señal mejor. ƒ

Mayor intensidad

• Proceso de conmutación: ƒ ƒ

Microinterrupción (<10 μsg) Ruido de conmutación

• Sencillo y económico

ƒ Selección por combinación: lineal y de relación máxima • RF/FI versus BB: ƒ

poner en fase las señales

• Suma (Combinación lineal) ƒ ƒ

Se suman las señales en BB y en fase Si Pi<
• Combinación lineal ponderada. ƒ

xi ) ( s ( ∑ xi ) ∑ = = 2 2 n ( n) Mn r ∑i 2

2

ni = nr , i = 1, 2,...M

Se maximiza s/n

[email protected]

8.54

8.9 Mejora por diversidad ƒ Beneficios ya vistos: aumenta fiabilidad, mejora S/N o BER y reducción del tiempo de desvanecimiento ƒ Factor de mejora I = P( F ) / Pd ( F ) = Pb de desv./Pb desv. con diversidad Tiempo (BER>BER r ) sin proteccion o tambien I = Tiempo (BER>BER r ) con proteccion

• Diversidad de espacio (ITU-R PN 530), banda estrecha sobre tierra I = [1 − exp(−0.04 ⋅ s 0.87 ⋅ f −0.12 ⋅ d 0.48 ⋅ P0 −1.04 )] ⋅ 10 ( F −V ) / 10 donde P0 = P ( F ) ⋅ 10 F / 10 , Nota : P ( F ) en tanto por uno

9 F: Profundidad de desvanecimiento para el trayecto no protegido (dB) 9 V: |G1-G2| con G1 y G2 (dB) ganancias de antenas terminales 9 d: longitud del trayecto (km) (43 ≤ d ≤ 240) 9 f: frecuencia (GHz) (2 ≤ f ≤ 11) 9 s: separación vertical entre los centros de antenas (m) (3 ≤ s ≤ 23) [email protected]

8.55

8.9 Mejora por diversidad • Diversidad de frecuencia 1+1 (ITU-R I.338)

ƒ

ƒ

0 .8 ⎛ Δ f ⎞ F / 10 I= ⋅ 10 ⎟ ⎜ f ⋅d ⎝ f ⎠

Donde 9 f: frecuencia central de la banda (GHz) (2 ≤ f ≤ 11) 9 d: longitud del trayecto (km) (30 ≤ d ≤ 70) 9 Δf /f : separación relativa de frecuencias (%) (Δf /f ≤ 5%) Válida para I ≥5 y si no hay reflexiones superficiales intensas.

►Indice

[email protected]

8.56

8.10 Calidad y disponibilidad ƒ ¿Qué se entiende por calidad de un radioenlace? • ¿Qué se entiende por disponibilidad? • ¿Qué se entiende por fidelidad? • ¿En qué se diferencian? ƒ ¿Cómo afecta cada elemento a la disponibilidad del radioenlace? ƒ ¿Qué criterios tomar para definir la calidad?

objetivos de calidad imponer?¿Cómo los ¿Cómo evaluar la calidad?

ƒ ¿Qué ƒ

definimos?

►Indice

[email protected]

8.57

Un resumen

ƒ Se distingue entre pérdida de calidad en un tiempo grande •Indisponibilidad y en un tiempo pequeño •Fidelidad (o también simplemente calidad) ƒ En radioenlaces •1.-Criterios ƒ ƒ

Indisponibilidad: pérdida de calidad (Ej BER) durante un tiempo ≥ To Fidelidad: pérdida de calidad (Ej BER) durante un tiempo < To

•2.-Objetivos ƒ

Se fijan en un % del tiempo y se suelen distribuir proporcionalmente a la distancia

•3.-Evaluación La indisponibilidad está ocasionada por 9 Mal funcionamiento de Equipos 9 Lluvia ƒ La pérdida de fidelidad viene dada por 9 Desvanecimiento Plano 9 Desvanecimiento Selectivo [email protected] ƒ

8.58

8.10 Calidad: interrupciones (5.11-5.12) ƒ La calidad representa el grado en el que el radioenlace estará en condiciones de proporcionar el servicio para el que se ha diseñado. ƒ La pérdida de calidad viene dada por interrupciones en el servicio. ƒ Existen interrupciones debido a • Fallos o averías • Condiciones anómalas de propagación (lluvia y desvanecimientos) • Interferencias (internas o externas) ƒ que producen, en un periodo de tiempo, • Un corte parcial o total de la señal • Que aparezca un ruido elevado • Que aparezca discontinuidades • Que aparezca distorsión [email protected]

8.59

8.10 Calidad: interrupciones: indisponibilidad y calidad (5.11-5.12) ƒ Las interrupciones del servicio pueden darse en • 1) Un periodo de tiempo largo (≥To s): Calidad de disponibilidad • 2) Un periodo de tiempo corto: Calidad de fidelidad ƒ 1) La disponibilidad cuantifica la probabilidad de que el sistema se encuentre en condiciones de funcionamiento en un momento dado. • Existe cuando el sistema no está operativo durante más de To. • Se cuenta el tiempo que está indisponible Tind

Tind ∑ U= ⋅ 100(%) T

ƒ ƒ

El tiempo de reestablecimiento del servicio es tiempo indisponible. Se debe medir en un tiempo T significativo: más de un año

[email protected]

8.60

8.10 Calidad: Indisponibilidad y fidelidad (5.11-5.12) ƒ 2) La fidelidad: microinterrupciones y degradaciones ligeras y breves • Afecta a la nitidez o claridad de la señal recibida • A veces se le denomina también “calidad” • Se cuantifica atendiendo al % del tiempo en el que hay una BER por encima de un umbral ƒ ƒ

Siempre que estos errores no sean en un periodo consecutivo mayor de To Se suele medir en el mes más desfavorable

ƒ Ambas se cuantifican en % del tiempo. ƒ Para definirlas hay que especificar • Criterio cuantitativo relativo al parámetro de calidad: ƒ ƒ

Analógico: Potencia de ruido en banda base pWp0 (=pW0p), ver apéndice Digital: BER

• Duración To

Esbozados los criterios, ¿Qué objetivos podemos marcar y cómo lo hacemos? ¿Cómo se tienen en cuenta distintos tipos y longitudes de radioenlaces? [email protected] 8.61

8.11 Objetivos: Trayecto Digital Ficticio de Referencia para radioenlaces digitales (5.13) ƒ Asignación y distribución de objetivos de calidad sobre • Disponibilidad Rec ITU-T G.801: Modelos de redes de Tx Digital que son entidades ficticias de una longitud y composición determinadas • Calidad ƒ Modelo ficticio de enlace: HRX-CFR, Hypothetical Reference Conection ƒ Modelo de trayecto digital ficticio de referencia: HRDP-TDFR, Hypothetical Reference Digital Path

ƒ Se estudia aquí la HRX para una ISDN • a 64Kbps • con red de conmutación de circuitos • conectividad digital entre extremos • dividida en tres partes con sus correspondientes grados

[email protected]

de calidad 8.62

8.11 Objetivos: HRX / ISDN (5.13) Rec ITU-T G.821: Para canales con tasas por debajo la primaria Nx64, N≤24 (1.544Mbit/s) ó N≤31 (2.048 Mbit/s) 27500 Km 5x250=1250 Km Punto de Referencia T

10x2500=25000 Km

5x250=1250 Km

CL

CL Punto de Referencia T Grado Medio

Grado Local

Grado Alto

Grado Medio

Grado Local

HRDP 9 secciones de radio digitales x 280=2500 Km →Son homogéneas: no incluyen MUX/DUX

[email protected]

8.63

8.11 Objetivos: Parámetros (5.14) ƒ Parámetros de calidad de error (fidelidad) y disponibilidad ITU-T G.821 G.827 HRX y HRDP ISDN a 64 Kbits/sg

Radioenlace digitales F.557 F695, F.594 y F.634, F.696 F.697

ITU-R

ƒ Fidelidad: • Parámetro Básico BER • Parámetros ITU T G.821 ƒ ƒ ƒ

EFS, Error Free Second: BER=0 en 1 sg ES, Errored Second: BER≠0 en 1 sg → ESR, ES Ratio SES, Severely Errored Second: BER>10-3 en 1sg → SESR, SES Ratio

ƒ Disponibilidad • ITU T G.827, ITU R F.557 ƒ ƒ ƒ

Nota: Se toma 10-3 como degradación. El sistema empieza a degradarse antes, ej 10-6

A: Availability (disponibilidad o fiabilidad) MTBF: Mean time between failures MTTR: Mean time to restore

[email protected]

8.64

8.12.1 Objetivos de indisponibilidad-fidelidad (5.15.1) ƒ Para diferenciar indisponibilidad de fidelidad, Rec ITU-T G.821, • El párametro básico es el SES y El ti e para mpo de • El To =10 s. fi d e i lidad ndispon ib (cal • Se pasa de disponible a indisponible si ida ilidad ƒ

d de

Hay 10 SES consecutivos

• Se pasa de indisponible a disponible si ƒ

n erro o cuent res) a

Hay 10 seg. sin SES

• Los ES en estado de disponibilidad cuentan como pérdida de fidelidad

10 s disponible

<10 s indisponible

10 s disponible SES

[email protected]

EFS

ES 8.65

8.12.1 Objetivos de indisponibilidad (5.15.1) ƒ Criterios de indisponibilidad grado alto ITU-T G.827

Radioenlace digitales F.695

ITU-R • El HRDP Indisponible si más de 10 seg consecutivos ƒ

Hay SES (BER > 10-3)

• El período de indisponibilidad termina cuando durante 10 seg consecutivos ƒ

No hay SES → fidelidad

ƒ Objetivos de indisponibilidad, ITU-R F.695 → U < 0.3% (TDFR) repartidos proporcionalmente a la longitud del enlace • Si L es la longitud del enlace 0,3 ⋅ 280 U% = = 0,0336 % L < 280 km 2500 0,3 ⋅ L U% = % 280 km < L < 2500 km 2500 [email protected]

8.66

8.12.2 Objetivos de fidelidad ƒ Criterios • Analógicos: S/N, ruido a una potencia de señal normalizada (dBm0,...) • Digitales: ESR, SESR: BER (Eb/No, interferencias, modulación, distorsión) ƒ Degradación: • Analógicos: gradual • Digitales: todo-nada ƒ Objetivos: (grado alto) Para cada sentido del TDFR (ITU-R F.594 y F.634): ESR 0.0032 (0.32%)

SESR 0.00054 (0.054%)

• También se reparten linealmente con la distancia, para cualquier mes L ⋅ 0.32% 2500 L ⋅ 0.054% SESR : 2500 L 0.0005 + ⋅ 0.00004 2500 ESR :

[email protected]

L< 280km, 0.036% 280 < L < 2500

L< 280km, 0.006%

2500km ≤ L

8.67

8.12.2 Objetivos: Otras Recomendaciones ITU ƒ Las últimas recomendaciones (R F.1703, R F.1668) • Tienden a unificar los objetivos para las redes SDH ƒ

Para cualquier tasa

• Los parámetros ES y SES se definen (ITU T G.826) como ƒ ƒ

ES: segundos con algún “bloque” con algún bit erróneo SES: segundos con más del 30% de bloques con algún bit erróneo 9 La BER asociada a este objetivo no está clara (≈1.7 10-5)

• En disponibilidad se utilizan mismos parámetros, renombrados, ƒ

ITU R F.1703 9 AR, availability ratio: disponibilidad =A 9 MTTR 9 Mo, Mean time between Outage = MTBF+MTTR 9 OI, outage intensity = 1/Mo

[email protected]

8.68

8.12.2 Objetivos: Resumen Recomendaciones ITU ƒ Circuitos de referencia T G.801 ƒ Disponibilidad (Availability): • Objetivos en redes de telecomunicaciones: T G.8272, • Objetivos en radioenlaces del servicio fijo: R F.557,695,696,6971; R F.17032 ƒ Fidelidad (Performance) • Objetivos en redes de telecomunicaciones: T G.8211; T G.8262, • Objetivos en radioenlaces del servicio fijo: R F.594,634,696,6971, R F.16682

1Para

canales con tasas inferiores a la primaria 2Para todas tasas

[email protected]

8.69

8.12.3 Evaluación de la indisponibilidad (5.12) ƒ Indisponibilidad en sistema Duplex, con dos sentidos 1 y 2 U (%) =

T1 + T2 − T12 ⋅ 100 T

ƒ Indisponibilidad de un trayecto: equipos + propagación

U ( L) = U E ( L) + U p ( L) ƒ Se calculan por separado en cada vano y se suman •Equipos ƒ ƒ

Distintos equipos en vanos Equipos de reserva

•Propagación ƒ ƒ

Lluvia f>10GHz provoca indisponibilidad t ≥To, Desvanecimientos multitrayecto profundos son de corta duración t
[email protected]

8.70

8.12.3 Evaluación de la Indisponibilidad de Equipos N

ƒ La indisponibilidad de equipos es U E = ∑U si i =1

•Donde Usi es la indisponibilidad de la sección de conmutación i-ésima, U si = 2U i ƒ Para un radiocanal con 1 Tx, 1 Rx y n repetidores •U la indisponibilidad en cada sentido: U = U Tx + U Rx + nU RP ƒ Fiabilidad: complemento a uno de la indisponibilidad •Tiene en cuenta el tiempo entre averías: t ƒ

ƒ

ƒ

1

una variable aleatoria exponencial negativa p (t ) = exp( −t / τ ) 9de media τ, (MTBF, mean time between failures). τ La probabilidad de que t supere un valot to ,

p (t > t o ) = exp ( −t o τ )

Si se conectan en serie dos equipos,

[email protected]

(MTBF) -1 = (MTBF1 ) -1 + (MTBF2 ) -1

8.71

8.12.3 Evaluación de la Indisponibilidad de Equipos ƒ El otro parámetro necesario es el MTTR (Mean Time To Restore) • Depende del diseño del equipo ƒ La indisponibilidad en un sentido de un equipo para un canal i, Ui sin protección es MTTR U i (%) = ×100 ≈ {MTTR << MTBF } ≈ q ×100 MTBF + MTTR • Donde se tiene en cuenta el MTTR y q = MTTR / MTBF

ƒ Con protección, se tienen que indisponer simultáneamente todos los cananales M+N, para m vanos y ambos sentidos 200 ⎛ M + N ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟(mq )N +1 2U i (%) = M ⎝ N +1 ⎠ • Si hay un canal de reserva 200 ⎛ M + 1⎞ 2 ⎜⎜ ⎟⎟(mq ) 2U i (%) = M ⎝ 2 ⎠ [email protected]

8.72

8.12.3 Evaluación de la Indisponibilidad de Propagación ƒ La indisponibilidad por propagación se limita a la lluvia • Para f >10GHz la atenuación por lluvia es importante para indisponibilidad ƒ El tiempo en el que habrá indisponibilidad es en el que la atenuación por lluvia Ap excede el margen M • El margen está dado para una BER (10-3)→Umbral Th3 • Este % p del tiempo es

M = Ap = A0.01 ⋅ 0.12 ⋅ p − ( 0.546+ 0.043⋅log p ) dB donde M = PIRE − Lb + Gr − Ltr − Th 3 Lb = 92.5 + 20 log f (GHz ) + 20 log d (km) + γ a ⋅ d A0.01 = γ ⋅

Up = p

d 1 + d / do

ƒ Para frecuencias >20 GHz la lluvia limita la distancia máxima • Esta distancia máxima se obtiene despejando la máxima indisponibilidad permitida U max = U E + p ⇒ p ⎫ ⎬ A0.01 ⇒ d max M ⎭ [email protected] 8.73

8.12.3 Calidad de Radioenlaces: Evaluación de la Indisponibilidad, Equipos+Lluvia (5.15.3, 5.18.2) ƒ

Consideraciones generales • f > 10GHz, lluvia • Se suman los porcentajes de indisponibilidad de cada vano • Se comparan con objetivos, Grado alto, Fs es la figura de ruido • Proceso: del sistema a la entrada 1. UE=función de MTTR/MTBF x 100% del receptor 2. Th3=W(dB)+Fs(dB)+10log10Vb(bits/seg)-174, 3. M3 =C - Th =Pet-Ltt+Gt-Lb+Gr-Ltr-Th3 donde +2-5 dB ecua. Lb=92.5+20log10f(GHz)+20log10d(Km)+(γo+γw)d 4. Up=p(M(A0.01)) 9 Conocida la Atenuación excedida el 0.01% del tiempo A0.01, se puede calcular para otro porcentaje de tiempo p como M = A p = 0.12 ⋅ A0.01 ⋅ p −(0.546+0.043 log p )

(3.14.18)

9 Se iguala al Margen bruto y se resuelve (ec 2º logp) para obtener Up=p, el porcentaje de tiempo de indisponibilidad. 5. U=UE+Up [email protected]

8.74

8.12.3. Calidad de Radioenlaces: Indisponibilidad. Datos prácticos.

Equipos

Lluvia

http://www.ericsson.com/enterprise/library/brochures_datasheets/Minilink/minilink_1105066.pdf

[email protected]

8.75

8.12 Calidad de Radioenlaces: Ejemplo Evaluación de la Indisponibilidad ƒ En • Con visión directa • Despejamiento suficiente • Pol Vertical

Pt=12dBm Gt=40 dB Ltt=0.5

R0.01=32mm/h

Th3= -83dBm Gr=40 dB Ltr=0.5 f=38GHz γ o= 0.036dB/Km γ w= 0.087dB/Km 5 Km

MTTR=5h MTBF=50000h

ƒ ¿Indiponibilidad Total, Ut?¿Cumple con objetivos? [email protected]

8.76

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de la Calidad (Fidelidad) • Se suman los porcentajes de indisponibilidad de cada vano:

Plano Selectivo

PTT = PTP + PTS ƒ

También se usa la expresión más restrictiva α /2 α / 2 2 /α

(

PTT = PTP

+ PTS

)

,α = 1.5

• Se distingue entre radioenlaces de Pequeña capacidad y Media/Alta. • Pequeña capacidad (< 34Mbps) → Sólo Desvanec. Plano PTT = PTP = Po ⋅ 10 −M 3 / 10 × 100 (%)

(3.18.11)

9 Pb de que el desvanecimiento sea mayor de F=M3, 9 Para un factor de aparición de desvanecimiento Po 9 Si existe diversidad y como la mejora por diversidad

I=

[email protected]

P( pb sin diversidad ) ⇒ Pd ,TP = PTP / I Pd ( pb con diversidad ) 8.77

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de la Calidad (Fidelidad) ƒ Capacidad Media/Alta: 2 métodos • Método de la signatura, se calcula el PTS y se suma al PTP • Método del margen neto de desvanecimiento: permite calcular PTT directamente ƒ Método de la signatura • Signatura de un receptor ƒ Modelo de 2 rayos H ( w) = a[1 − be − j (ω −ωo )τ ]

ƒ

9 B=-20log(1-b), máximo desvanecimiento 9 fo frecuencia de ranura o notch (distancia a frecuencia de portadora, Fig 3.65) La signatura de un Rx, para el par (BERo,τ) → B(fo )

B(dB) Desv. aumenta

10

BER>BERo

20 30 20 10

[email protected]

BER
-30

0

BER=BERo 30 f (MHz) o

Fase Mínima FM τ >0 Fase No Mínima FNM τ <0

16-QAM

8.78

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Signatura B(dB) ƒ Comentarios acerca de la signatura fo(MHz) • Interesa signatura estrecha y baja • La altura depende de la modulación, si existe o no igualación, y de τ. • La anchura no depende de τ y sí de la modulación e igualación. • Generalmente se da para τ = 6.3nsg • La signatura de equipos modernos es casi cuadrada 18

τ =6.3nsg

B(dB)

BER>10-3 -30

-18

0

18

fo

140Mbps 16-QAM Anchura efectiva=1/Ts =2x18MHz=36MHz

18

[email protected]

8.79

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de calidad mediante Signatura ƒ Recordemos: necesitamos calcular PTS, porcentaje de tiempo en el que hay desvanecimiento selectivo y PTT = PTP + PTS • El PTS es el porcentaje de tiempo en el que existe desvanecimiento selectivo y se puede expresar como η, pb de desvanecimiento multitrayecto

p s = η ⋅ p (o | η ) PTS (%) = ps × 100

p(o| η), probabilidad de desvanecimiento selectivo condicionada a desvanecimiento multitrayecto

• Para el cálculo de η se proporcionaron expresiones en el Tema 7. • La probabilidad p(o| η) se puede calcular a través de la signatura: p(o | η ) = C ⋅ Pb (1) ⋅ k ⋅ τ 2 ƒ ƒ ƒ

ƒ

Ts2

C: Factor Constante pb(1): Valor de la pb de b para b=1. Se toma de una tabla. k: Signatura Normalizada, constante que depende de la signatura 9 Existen valores típicos para distintos Rx, con y sin igualación 9 O se calcula < τ 2>: varianza del retardo del eco. Ts, periodo de símbolo

[email protected]

8.80

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de calidad mediante Signatura • El proceso queda ƒ ƒ

Factor de actividad multitrayecto η = 1 − exp(−0.2 ⋅ Po0.75 ) Se elige el valor de pb(1) Pb(b) Uniforme Exponencial Weibull Pb(1)

ƒ

Se toma valor típico de k

1

2.16

Método de modulación 64 QAM 16 QAM 4PSK

4

k Teórica Con igualación 15.4 0.4 5.5 0.3 1 0.2

O se calcula a partir del ancho W(MHz) y alto BC(dB) de la signatura 0 dB Ts − BC / 20 k K K K W MHz T K = ⋅ , donde = ( ) ⋅ y = ⋅ 10 A B A s B BC τ ƒ

Ts y τ en μsg

W ƒ

Si se supone el retardo distribuido exponencialmente, del Tema 7 2

ƒ

2

< τ >= 2τ m , τ m el valor medio del retardo τm Finalmente, se calcula

⎛ d(km ) ⎞⎟1.3 ns = 0.7 ⋅ ⎜⎜ ⎝ 50 ⎠⎟⎟

2 PTS = ps × 100 = η ⋅ C ⋅ Pb (1) ⋅ k ⋅ 2 ⋅ τ m / Ts2 × 100 ⇒ PTT = PTP + PTS

[email protected]

Mojoro: C·Pb·2 = 4.32, (C=1) 8.81

8.12.4 Signatura normalizada para algunas modulaciones ƒ La tabla con la signatura para algunas modulaciones es la siguiente: k Método de modulación

Teórica

Con igualación

64 QAM

15.4

0.4

16 QAM

5.5

0.3

8 PSK

7.0

4 PSK

1.0

0.2

Valores de signatura normalizada para BER = 10-3 • ¿Cuál es el efecto de la igualación (equalización)? • ¿Qué pasará con PTS al aumentar el régimen binario? 2 PTS = η ⋅ C ⋅ Pb (1) ⋅ k ⋅ 2 ⋅ τm /Ts2 × 100

• ¿Qué pasará con PTS al aumentar el número de niveles? [email protected]

8.82

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Evaluación de calidad mediante Margen Neto ƒ Margen Neto de Desvanecimiento, valor teórico • Permite calcular directamente el PTT • La idea es calcular el PTT de la misma forma que PTP ƒ

Si para PTP → F=M3, y

PTP = Po ⋅ 10 −M 3 / 10 × 100 (%)

M e ? : PTT = Po ⋅ 10 − M e / 10 × 100 (%)

• Para el cálculo de Me se iguala y sustituye el valor de PTT y se despeja PTT = PTP + PTS = Po (%) ⋅ 10 − M 3 / 10 + PTS = Po (%) ⋅ 10 − M e / 10

⎛ PTS M 3 / 10 ⎞ ⎜ ⎟⎟ M e = M 3 − 10 log10 ⎜1 + ⋅ 10 ⎝ Po (%) ⎠

ƒ ƒ

Si M3 ↓ entonces Me≈ M3 Si M3 ↑ entonces lim M e = 10 log10 Po (%) PTS M 3 →∞ M3>Me

[email protected]

domina PTS

Me(dB)

ƒ

domina PTP

M3(dB)

8.83

8.12.4 Calidad en Radioenlaces Digitales: Ejemplo Evaluación de fidelidad (calidad) ƒ

ƒ

Se considera un vano de radioenlace digital que tiene las siguientes características • Velocidad 140 Mbits/s • Modulación 16 QAM • Desvanecimiento multitrayecto con factor Po=0.27 • Margen bruto para BER = 10-3, de 30 dB. • Distancia d=40Km • Signatura (la dada anteriormente en Fig 5.36) Se pide • Evaluar la calidad del enlace • Calcular el margen neto de desvanecimiento • Compare con los objetivos dados por la ITU-R.

►Indice

[email protected]

8.84

8.13 Interferencias ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

¿Qué son las interferencias? ¿Cómo se clasifican? ¿Cómo se miden? ¿Cómo repercuten en BER? ¿Cómo se controlan?

8.14 Protección ƒ ¿Qué esquemas existen para la protección ante fallos en equipos y desvanecimientos? ƒ ¿Cómo se clasifican?

►Indice

[email protected]

8.85

8.13 Interferencias ƒ Interferencias: Concepto • Clasificación 1: ƒ ƒ

Intrasistema (reutilización de frecuencias) Intersistema

• Clasificación 2: ƒ ƒ

Cocanal Canal adyacente

• Clasificación 3: detallada ƒ

Dos grupos según si la interferencia se desvanece o no con la señal S

A D 8

[email protected]

4

5 3

2 1,7

6

8.86

8.13 Interferencias 1 2 4 7 8

Grupo A Cocanal, canales de polarización cruzada Radiación hacia atrás Rebasamiento (3 tramos) Canal adyacente copolarizado Radiación hacia atrás y rebasamiento

3 5

Grupo B Recepción delante/Detrás

D

Rebasamiento Opuesto (3 tramos) Reflexiones No deseadas Otros Sist Dig

A

Otros Sist Analog

S

Sistemas Satélite

6

S

A

5 3

D 1,7

2 8

f1

4

f2 [email protected]

6 f2

f1

f1 f2 8.87

8.13 Interferencias: relación C/I ƒ La interferencia se evalúa con la relación portadora/Interferencia C/I (dB) • Dados un Tx A, un Rx B y un Tx interferente C, hay que tener en cuenta ƒ ƒ

Los filtros LFC y LFB: interferencia de canal adyacente Las pérdidas adicionales en ganancias de antenas: AC(β) y AB(α)

• Se puede expresar la potencia interferente en Rx B como PIB = PTC − L FC − LTTC + GTC − AC ( β ) − Lb + G RB − AB (α ) − LTRB − L FB

α

A β

B

Lb

C ƒ

Se calcula la Lb como si no hubiera obstáculos, a menos que salga C/I elevada,...

[email protected]

8.88

8.13 Interferencias: C/I y BER ƒ El efecto de la interferencia en la BER es un incremento para una Eb/No dada. BER

Eb/No

ƒ El estudio de la repercusión de las Interferencias en la BER es complicado. • Solución conservadora: Se modela la interferencia como ruido gaussiano que se suma en potencia con el ruido del sistema: Peb = 1 / 2 ⋅ erfc

[email protected]

c 1 = 1 / 2 ⋅ erfc n i n+i + c c

8.89

8.13 Interferencias: C/I y BER

Sol. Conservadora

[email protected]

Incremento moderado

8.90

8.14 Interferencias: control ƒ Control de interferencias • Requerir discriminación mínima lóbulo ant-pos de 65 dB ƒ

Se evita interferencias hacia delante y hacia atrás

• Filtros buenos (gran selectividad) ƒ

Se evita interferencias de canales adyacentes

• Separación espectral adecuada • Diferentes polarizaciones • Limitar potencia sistemas interferentes: satélites, radar

[email protected]

8.91

8.14 Protección de los Radiocanales ƒ La protección consiste en introducir Redundancia ante Fallos y averías en equipos

Desvanecimientos profundos

Conmutación de protección

Diversidad

Equipos redundantes en Tx y Rx, Sistemas n+1

Equipos redundantes en Tx/Rx

Sistemas de supervisión y lógica de conmutación

Selección por conmutación o por combinación

ƒ Se clasifican en • Esquemas sin diversidad ƒ ƒ

Sin reserva Con reserva: Isofrecuencia con reserva activa

• Esquemas con diversidad ƒ ƒ

Sin reserva: Isofrecuencia con dos antenas (Diversidad Espacial) Con reserva: heterofrecuencia con una antena (Diversidad Frecuencial)

[email protected]

8.92

8.14 Protección de los Radiocanales: Ejemplo de Sistema de supervisión y gestión

[email protected]

8.93

8.14 Protección: Esquemas sin diversidad ƒ Sin reserva: Sistema simple ƒ Con reserva: “Isofrecuencia con reserva activa” (HSB, Hot Standby) • Sistema 1+1 requiere 2 Tx y 2 Rx, así como un sistema de conmutación • Sólo un Tx está activo a la vez, los 2 Rx siempre activos

BB

Tx1

Rx1

f1 H

Tx2

f2

Rx2

C O M B

BB

Conmutador

[email protected]

8.94

8.14 Protección: Esquemas con diversidad ƒ

Sin reserva: “Isofrecuencia con dos antenas” • Diversidad de espacio • Selección por conmutación o combinación • 1 Tx y 2 Rx f Tx1

Tx2

Rx2

Rx1

1

f2

Rx2

Rx1

ƒ Con reserva: “Heterofrecuencia con una antena” • Diversidad de frecuencia Rx’1 Rx’2 • 2 Tx y 2 Rx

Rx2

Rx1

Tx’2

Tx’1

f1 f2

f’1 f’2

Tx1

[email protected]

Tx2

8.95

8.14 Protección: Esquemas con diversidad • Nota: los sistemas n+1 con una antena realizan una selección por conmutación: ƒ ƒ

ƒ

El funcionamiento normal es el de isofrecuencia con una antena Si hay fallo en equipo: se corresponde con esquema isofrecuencia con reserva activa Si hay desvanecimiento en un canal: se puede hablar de diversidad de frecuencia (frecuencia del canal de reserva suficientemente separada)

ƒ Diversidad Mixta: “Heterofrecuencia con dos antenas” Rx2 • Diversidad Espacial y Frecuencial • 2Tx y 2 Rx Rx’ Rx’ 1

2

Rx1

f1, f’1, f2, f’2,

Tx1

[email protected]

Tx2

f2

f1

Tx’2

Tx’1

Rx2

Rx1

8.96

8.14 Protección: Conmutación ƒ Conmutación • Prioridad en la asignación de canales de reserva ƒ ƒ

Por naturaleza de tráfico (TV, telefonía) Tipo de fallo (avería sobre ruido)

• El canal de reserva se libera una vez reestablecido el canal indisponible • Según el vano que pase a indisponible y los equipos en extremos, se puede realizar en ƒ ƒ ƒ

BB-BB FI-FI Mixtos BB-FI

• Se lleva cabo cuando se superan determinados umbrales de calidad y siguiendo determinados protocolos que aseguren su correcta ejecución.

►Indice

[email protected]

8.97

Ejemplos I: Red de comunicaciones en Noruega Fabricante NERA

[email protected]

8.98

Ejemplo II: Nokia FlexiHopper, muy utilizado en BTS

[email protected]

8.99

Ejemplo II: Nokia FlexiHopper, muy utilizado en BTS

[email protected]

8.100

Ejemplo II: Nokia

[email protected]

8.101

Ejemplo II: Nokia, outdoor unit

[email protected]

8.102

Ejemplo II: Nokia, indoor unit

[email protected]

8.103

Ejemplo II: Nokia, Hot StandBy

Dos equipos

[email protected]

8.104

Ejemplo II: Nokia, resumen

►Indice

[email protected]

8.105

Apéndice ƒ pWp0: Abbreviation for picowatts, psophometrically weighted, measured at a zero-dBm transmission level point. ƒ transmission level point (TLP): In a telecommunications system, a test point, i.e., a point where a signal may be inserted or measured, and for which the nominal power of a test signal is specified. ƒ dBm0: Power in dBm referred to or measured at a zero transmission level point (0TLP). Note 1: A 0TLP is also called a point of zero relative transmission level (0 dBr0). Note 2: Some international documents use dBm0 to mean noise power in dBm0p (psophometrically weighted dBm0). In the United States, dBm0 is not so used.

[email protected]

8.106