• Author / Uploaded
• Elias Madrid

Citation preview

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FIEC

Propagación Ejemplo de propagación ITU actualizado, con follaje de vegetación

Alumnos: Elías Madrid Mosquera Joel Pérez Recalde

2016 – 1 TÉRMINO

Objetivos: 

Explicar la aplicación del modelo de propagación ITU, con follaje de vegetación (UIT RP.833-2).



Estimar las pérdidas que existentes en un trayecto de un sistema de comunicación en presencia de vegetación.

Introducción En la actualidad existen muchos sistemas de comunicaciones vía terrestres que atraviesan follajes o campos de vegetación que se caracteriza estar cerca del receptor.

Figura 1.

El modelo de propagación ITU, con follaje de vegetación (ITU R P.833-2), que es considerada por la Asamblea de Radiocomunicaciones de la ITU, debido que para algunas aplicaciones prácticas es importantes considerar las pérdidas que se presentan.

Casos Caso 1: Frecuencias entre 30MHz y 60GHz Se considere que Tx o Rx se encuentran en algún extremo y una parte del trayecto LOS se encuentra dentro de zonas de arbustos o vegetación.

Figura 2.

𝑨𝒗𝒆𝒈 = 𝑨𝒎 (𝟏 −

𝒅𝒗𝒆𝒈 𝜸 𝒆 𝑨𝒎 )

Aveg: Pérdidas en exceso por vegetación (dB) Am: Pérdida máxima para un terminal dentro de un tipo y profundidad específica de vegetación (dB) dveg: Es la parte de la trayectoria afectada por el bosque (m) γ: Atenuación específica para un trayecto muy corto de vegetación (dB/m) 𝑨𝒎 = 𝑨𝟏 𝒇𝜶 f : en MHz Frecuencia de f = 900-1900MHz: A1=0.18 dB y α= 0.752, para árboles con altura media de 15 m, antena de receptor a una altura de 2.4m. Frecuencia de f= 900-2200MHz: A1=1.15 dB y α= 0.43, para árboles con altura media de 15 m, antena de receptor a una altura de 1.6m, antena transmisora a una altura de 25 m.

Ejemplo:

Figura 3. Atenuación específica y en zona de vegetación

Ejemplo: Un sistema de comunicación de microondas que opera en la banda ISM de 2.5 GHz. Determine la atenuación en exceso debido a vegetación.

𝑨𝒗𝒆𝒈 = 𝑨𝒎 (𝟏 −

−𝒅𝒗𝒆𝒈 𝜸 𝒆 𝑨𝒎 )

𝑨𝒎 = 𝑨𝟏 𝒇𝜶 A1=1.15 dB y α=0.43 (Asumiendo) Observamos que la distancia de la vegetación es 5.9 Km. Para encontrar la γ se obtiene de la curva Figura 3. que nos da ITU-R P.833-6. Escogiendo el punto dada la frecuencia de 2.5 GHz se obtiene una γ (atenuación específica) de 0.5 dB/m. Ahora f en MHz (2500 MHz), para obtener Am. 𝑨𝒎 = 𝟏. 𝟏𝟓(𝟐𝟓𝟎𝟎)𝟎.𝟒𝟑 = 𝟑𝟑. 𝟐𝟓 dB Ahora evaluamos la expresión particular para este escenario: 𝑨𝒗𝒆𝒈 = 𝑨𝒎 (𝟏 − 𝒆 𝑨𝒗𝒆𝒈 = 𝟑𝟑. 𝟐𝟓(𝟏 − 𝒆

−𝒅𝒗𝒆𝒈 𝜸 𝑨𝒎 )

−(𝟓𝟗𝟎𝟎𝒎)(𝟎.𝟓 𝒅𝑩/𝒎) 𝟑𝟑.𝟐𝟓𝒅𝑩 )𝒅𝑩

𝑨𝒗𝒆𝒈 = 𝟑𝟑. 𝟐𝟓(𝟏) = 𝟑𝟑. 𝟐𝟓 𝒅𝑩

Caso 2a: Frecuencias hasta 3 GHz El Tx o el Rx no se encuentran en zonas arboladas, pero existe vegetación en una parte del trayecto de la propagación.

𝑨𝒗𝒆𝒈 = 𝒅𝒗𝒆𝒈 ∗ 𝜸 Aveg: Pérdidas totales de exceso de vegetación (dB) dveg: Recorrido bajo vegetación (m) γ: Atenuación especifica por vegetación (dB/m) Se tiene que considerar que tan alto es la atenuación (a frecuencias elevadas), se tiene que tener en cuenta fuentes de perdidas diferentes a las anteriores como la difracción. Para frecuencias que exceden a 1 GHz puede verse difracción, dispersión, reflexión, etc. Ejemplo: Se presenta en sectores turísticos como tener un sistema de comunicación que atraviesa un zoológico (dado que representa una pequeña distancia) Modelo de Obstrucción Vegetal Única (ITU R.833-2) Caso 2b: Útil para frecuencias mayores de 3 Ghz. Una aplicación para este modelo será el de la implementación de un sistema de comunicación de microondas como se muestra en la figura a continuación. Este sistema opera en la banda ISM de 5.7 Ghz a través de vegetación con follaje. Ambas antenas están a la misma altura y con un ancho de haz de 30º. El ancho físico de la vegetación puede tomarse como 50 m.

Para determinar la atenuación por vegetación según las condiciones que se establecieron se deberá realizar un análisis previo de los parámetros más importantes. Cuando ni el transmisor ni el receptor están en zonas arboladas pero hay vegetación en alguna parte de la trayectoria, medida en metros. 𝐴𝑣𝑒𝑔 =  

(𝑅0 − 𝑅∞ )𝑊 𝑐 𝑅∞ 𝑘 𝑑 + (1 − exp (− 𝑑𝑣𝑒𝑔 )) 𝑓 𝑎 𝑊 𝑏 𝑣𝑒𝑔 𝑊 𝑐 𝑘

f: Es la frecuencia en Ghz a, b, c, k, 𝑹𝟎 y 𝑹∞ son constantes que pueden tomar los valores especificados en la siguiente tabla:

Tabla 1: Parámetros Constantes con o sin follaje

A fin de considerar la geometría del lugar, debemos tomar en cuenta la extensión de la iluminación de la vegetación, caracterizada por el ancho W. W es la máxima dimensión horizontal dentro de la vegetación que es común a ambos anchos de haces de las antenas del transmisor y receptor. El modelo aplica cuando 1 m < W < 50 m. Se asume que el receptor está más cerca a la vegetación.

     

𝑩𝒕 : Ancho de haz de antena transmisora 𝑩𝒓 : Ancho de haz de antena receptora 𝝎: Ancho físico de la vegetación 𝒅𝒗𝒆𝒈 : Distancia de profundidad de la vegetación 𝒅𝒕 : Distancia desde la vegetación al transmisor 𝒅𝒓 : Distancia desde la vegetación al receptor

W es el máximo ancho de acoplo efectivo entre las antenas transmisoras y receptoras que descansa dentro del medio de vegetación, definido como:

(𝑑𝑡 + 𝑑𝑣𝑒𝑔 + 𝑑𝑟 )tan(𝐵𝑡 )tan(𝐵𝑟 ) tan(𝐵𝑡 ) + tan(𝐵𝑟 ) 𝑊 = 𝑚í𝑛 (𝑑𝑡 + 𝑑𝑣𝑒𝑔 )tan(𝐵𝑡 ) (𝑑𝑣𝑒𝑔 + 𝑑𝑟 )tan(𝐵𝑟 ) [ ] 𝜔 En la práctica 𝑑𝑡 ≫ 𝑑𝑟 y el ancho de haz del receptor ,𝐵𝑟 , se espera que sea solo unos pocos grados. Bajo estas condiciones las expresiones de la matriz de arriba que contienen 𝑑𝑟 normalmente no serán requeridas. En las gráficas de abajo se muestran algunos casos de vegetación de ancho W para tres frecuencias 20, 30 y 40 Ghz para vegetación con o sin follaje. Este modelo puede incorporarse dentro de modelos determinísticos para predicciones más realistas de la extensión de cobertura para una ubicación dada de un transmisor.

Luego de haber realizado el análisis se procederá a realizar los cálculos. De los datos propuestos al inicio y de los valores de los parámetros constantes especificados en la Tabla 1 se tiene:  

𝑩𝒕 : Ancho de haz de antena transmisora igual a 30º 𝑩𝒓 : Ancho de haz de antena receptora igual a 30º

   

𝝎: Ancho físico de la vegetación igual a 15 m 𝒅𝒗𝒆𝒈 : Distancia de profundidad de la vegetación igual a 1500 m 𝒅𝒕 : Distancia desde la vegetación al transmisor igual a 2800 m 𝒅𝒓 : Distancia desde la vegetación al receptor igual a 500 m

Se comprueba el valor de W (1 m – 50 m): (𝑑𝑡 + 𝑑𝑣𝑒𝑔 + 𝑑𝑟 )tan(𝐵𝑡 )tan(𝐵𝑟 ) (2800 + 1500 + 500)tan(30º)tan(30º) tan(30) + tan(30) tan(𝐵𝑡 ) + tan(𝐵𝑟 ) 𝑊 = 𝑚í𝑛 = 𝑚í𝑛 (𝑑𝑡 + 𝑑𝑣𝑒𝑔 )tan(𝐵𝑡 ) (2800 + 1500)tan(30) (1500 + 500)tan(30) (𝑑𝑣𝑒𝑔 + 𝑑𝑟 )tan(𝐵𝑟 ) [ ] [ ] 50 𝜔

1385.64 𝑊 = 𝑚í𝑛 [2482.61] 1154.7 50 Introduciendo los valores correspondientes, tenemos: 𝐴𝑣𝑒𝑔 =

(6.59 − 3.89)(50)0.97 3.89 114.7 (1500) + (1 − exp (− (1500))) (5.7)0.64 (𝑊)0.43 (50)0.97 114.7 𝐴𝑣𝑒𝑔 = 692.71 + 2.58 = 695.29 𝑑𝐵

Una potencial aplicación en la que podría ayudar el modelo ITU para atenuaciones debido a vegetación, sería en el diseño de un sistema de radiodifusión sonora por satélite destinada a receptores en vehículos, receptores portátiles y receptores fijos en la gama de 500-3 000 Mhz. El objetivo de los nuevos servicios de radiodifusión sonora es mejorar la disponibilidad, calidad y diversidad de los servicios de programas a los oyentes. La cobertura de una extensa zona llevará el servicio de programas por primera vez a muchos oyentes, y las técnicas digitales avanzadas permitirán recibir un sonido de alta calidad equivalente a la calidad disponible en otros medios sonoros (por ejemplo, discos compactos). Dichas técnicas digitales también abrirán paso a un amplio repertorio de nuevos servicios relacionados con los programas e independientes, con una mínima repercusión en las exigencias de espectro y de potencia. El servicio de radiodifusión por satélite (SRS) sonoro está orientado hacia una recepción fija, en vehículos y portátil. Los objetivos técnicos del sistema están determinados por dos factores: calidad y fiabilidad.

ASPECTOS DE PROPAGACIÓN El diseño, y en consecuencia el coste de un sistema de radiodifusión sonora por satélite, depende muy directamente de los factores que influyen en las características de propagación del trayecto espacio-Tierra hasta el receptor de vehículo en particular, o hasta cualquier receptor portátil de forma general, en menor medida. El trayecto de la propagación está sujeto a atenuaciones por zonas de sombra debidas a edificios, los árboles y vegetación, así como al desvanecimiento por trayectos múltiples provocado por la dispersión difusa causada por el terreno y los obstáculos cercanos, tales como árboles y edificios. La degradación que sufre el nivel de la señal recibida depende de la frecuencia de funcionamiento, del ángulo de elevación del satélite y del tipo de entorno en el que se encuentra el receptor: zona abierta, rural, boscosa o montañosa, medio suburbano o medio urbano denso.

Conclusiones 



Dependiendo de la frecuencia de operación y el entorno de propagación se escogerá un modelo determinado por el ITU que en este caso es ITU R P.833-2 El tipo de entorno en el que se encuentra el receptor: zona abierta, rural, boscosa o montañosa, medio suburbano o medio urbano denso produce una degradación de la señal transmitida.

Bibliografía   

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.833-2-199910S!!PDF-S.pdf https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-BO.955-3-1994PDF-S.pdf http://es.slideshare.net/nica2009/lecture-4-analisis-radioprop-p2