Tema 2: Factores que Afectan la Transmisión Profesora Maria Elena Villapol

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1 Tema 2: Factores que Afectan la Transmisión Profesora Maria Elena Villapol mvillap@ciens.ucv.ve

2 Factores que afectan la transmisi ó n LOS Atenuaci ó n y distorsi ó n de atenuaci ó n P é rdida en el espacio libre (Free space loss) Ruido Absorci ó n atmosf é rica Multi trayecto (Multipath) Refracci ó n Ruido termal

3 Atenuaci ó n La fuerza de la se ñ al decrece con la distancia. Los factores de atenuaci ó n para los medios no guiados son: –La se ñ al recibida debe tener la suficiente fuerza para ser interpretada correctamente por el receptor. –La se ñ al debe mantener un nivel m á s alto que el ruido para ser recibido sin error. –Si la atenuaci ó n es m á s alta a altas frecuencias causa distorsi ó n.

4 P é rdida en el espacio Libre (Free space loss) Es un tipo de atenuaci ó n. Con la distancia la se ñ al se dispersa. Es expresada en la siguiente f ó rmula para antenas ideales: P r = potencia de la se ñ al de la antena receptora. P t = potencia de la se ñ al de la antena transmisora = longitud de la onda portadora d = distancia de propagaci ó n entre las antenas c = velocidad de la luz ( » 3 * 10 8 m/s) d y tienen las mismas unidades (e.g., metros)

5 P é rdida en el Espacio Libre Pérdida en decibelios : Pérdida en decibelios en función de la frecuencia, d esta en Km y f en MHz:

6 P é rdida en el Espacio Libre

7 Para otras antenas se tiene la siguiente ecuación: G t = ganancia de la antena que transmite.  G r = ganancia de la antena que recibe.  A t = área efectiva de la antena que transmite.  A r = área efectiva de la antena que recibe.

8 P é rdida en el Espacio Libre La fórmula anterior en decibelios es:

9 Ruido Ruido termal Ruido de intermodulación Crosstalk Ruido de Impulso

10 Ruido Termal Debido a la agitación de los electrones. Está presente en todos los dispositivos y medios de transmisión. No puede ser eliminado. Particularmente significante en redes satelitales.

11 Ruido Termal El ruido termal presente en un ancho de banda B Hz es: –k = constante de Boltzmann = 1.3803 X 10 -23 J/K –T = temperatura, en kelvins (temperatura absoluta) En decibelios-wats

12 Otros Ruidos Ruido Ínter modulación: ocurre cuando diferentes frecuencias comparten el mismo medio. –La interferencia es causada por la señal resultante que tiene un frecuencia igual a la suma o diferencia de la frecuencia original. Crosstalk – no deseable acoplamiento de el camino de las señales. Ruido impulsivo – pulso irregulares –Tienen corta duración y relativa alta amplitud. –Causado por disturbios electromagnéticos o equipos con fallas.

13 Absorción La absorción ocurre cuando un objeto disminuye la intensidad de la radiación incidente. El vapor de agua y oxigeno contribuyen a la atenuación de las señales. A frecuencias menores a los 15 GHz la atenuación es menor. La lluvia y niebla causa atenuación. El agua absorbe rápidamente las ondas electromagnéticas, así como muchas otras substancias. La energía absorbida generalmente se transforma en calor.

14 Refracci ó n/LOS Refracci ó n – inclinaci ó n de la microondas por la atm ó sfera –La velocidad de las ondas electromagn é ticas es una funci ó n de la densidad del medio. –Cuando el medio cambia, la aceleraci ó n cambia

15 Multitrayecto Los obstáculos reflejan las señales causando que múltiples copias con diferentes retardos sean recibidas. Dependiendo de las diferencias en las longitudes de las ondas directas y reflejadas, la señal compuesta puede ser más larga o más pequeña que la señal directa. En la telefonía móvil hay muchos obstáculos. En otros casos como satélites y microondas las antenas pueden ser localizadas donde no existan muchos obstáculos cercanos.

16 Multitrayecto : Ejemplos de Interferencia

17 Desvanecimiento (Fading) Es usado para describir las fluctuaciones rápidas en las amplitudes, fases o retardos de una señal de radio en un período corto de tiempo o distancia de viaje. El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o más versiones de la señal transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente deferentes. La señal recibida denominada onda multitrayecto puede entonces variar significativamente en sus características.

18 Factores que Influencian el Desvanecimiento Muchos factores pueden causar el desvanecimiento: –Propagación de multitrayecto. –Velocidad del usuario móvil. –Velocidad de los objetos alrededor del radio del canal.

19 Desvanecimiento: Propagación de Multitrayecto Reflexión: ocurre cuando la señal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la señal. Difracción: ocurre en los lados de un cuerpo impenetrable que es largo comparado con la longitud de onda de la onda de radio. Scattering: ocurre cuando la señal tropieza un cuerpo cuyo tamaño está en el orden o es menor que la longitud de onda de la señal.

20 Desvanecimiento: Propagación de Multitrayecto

21 Señal Reflejada y Refractada

22 Desvanecimiento: Difracción La difracción es uno de los factores que explican la cobertura en sitios visualmente bloqueados. Los objetos agudos causan mucha más difracción que los de bordes suaves. El frente de onda es frenado por el obstáculo, mientras que el resto prosigue con la misma velocidad.

23 Desvanecimiento: Efectos de la Propagación Multitrayecto Múltiples copias de una señal pueden llegar a diferentes fases. Las ondas de radio provenientes de diferentes direcciones llegan con diferentes retardos. Así, la señal recibida por el usuario móvil puede consistir de un número de ondas con aleatorias características de onda que pueden combinarse vectorialmente en la antena del receptor causando distorsión o pérdida.

24 Desvanecimiento: Efectos de la Propagación Multitrayecto

25 Propagación de Radio Onda directa Onda terrestre Onda reflejada Reflexiones en la ionosfera Refracción en un obstáculo Efecto de la curvatura terrestre

26 Propagación de Radio

27 Mecanismos para Compensar los Errores Corrección de Errores hacia adelante: –Basado en técnicas de detección y corrección de errores en el receptor. –Se estudiaran posteriormente. Ecualización –Usado en contra de interferencia ínter símbolos. –Algunos métodos comprende juntar la energía de símbolos dispersos en su intervalo original.

28 Mecanismos para Compensar los Errores Diversidad - Consiste en proporcionar múltiples canales lógicos entre el transmisor y el receptor y enviar la señal sobre cada canal. –Diversidad Espacial: Por ejemplo, colocar múltiples antenas para recibir mensajes. Reconstruir la señal que con mayor probabilidad se transmitió.

29 Mecanismos para Compensar los Errores –Diversidad en Frecuencia: Dispersar la señal sobre un ancho de banda grande o Transportarla señal usando múltiples portadoras de frecuencia. Ver espectro disperso posteriormente. –Diversidad Temporal: Dispersar la data en el tiempo para que el ruido afecte pocos bits.

30 Mecanismos para Compensar los Errores  Diversidad temporal (ejemplo)

31 Mecanismos para Compensar los Errores Macro diversidad: –Uso de varios enlaces entre el móvil y estaciones fijas. –Soft handover.

32 Alcance de un Sistema de Radiocomunicación

33 Gs Pca Pna Pca Gaa Gab Pp Pcb Pnb Pcb

34 Alcance de un Sistema de Radiocomunicación Gs: ganancia de salida. Pca: pérdida del cable del extremo transmisor. Pna: pérdida de los conectores del extremo transmisor. Gaa: ganancia de la antena del extremo transmisor. Pp: pérdida en el espacio libre. Gab: ganancia de la antena del extremo receptor. Pab: pérdida de los conectores del extremo receptor. Pcb: pérdida del cable del extremo receptor. Siendo la señal que llega al receptor: S = Ga – Pna + Gaa – Pp + Gab – Pnb –Pcb.

35 Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Otro Ejemplo Potencia de transmisión +25dBm Pérdida en los cables -1dB Pérdida en el Diplexer de TX -2 dB Pérdida en el Cable de TX -2.5 dB Ganancia de la antena TX +21 dBi Pérdida en el espacio libre (FSL) -124.5 dB Ganancia de la antena RX +21 dBi Pérdida en el Cable RX de -2.5dB Pérdida en el Diplexer de RX -2 dB Pérdida en Cable -1 dB --------------- Nivel de Señal Recibida = -68.5dBm

36 Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Sensibilidad del Receptor Dependiendo de las características del equipo receptor, el nivel de señal puede o no ser suficiente. Esto es conocido como sensibilidad del receptor.

37 Alcance de un Sistema de Radiocomunicación: Sensibilidad del Receptor

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39 Equipo DLINK Receiver Sensitivity* 54Mbps OFDM, 10% PER,-68dBm) 48Mbps OFDM, 10% PER,-68dBm) 36Mbps OFDM, 10% PER,-75dBm) 24Mbps OFDM, 10% PER,-79dBm) 18Mbps OFDM, 10% PER,-82dBm) 12Mbps OFDM, 10% PER,-84dBm) 11Mbps CCK, 8% PER,-82dBm) 9Mbps OFDM, 10% PER,-87dBm) 6Mbps OFDM, 10% PER,-88dBm) 5.5Mbps CCK, 8% PER,-85dBm) 2Mbps QPSK, 8% PER,-86dBm) 1Mbps BPSK, 8% PER,-89dBm)

40 Elección de una Antena: En Resumen Frecuencia Tipo de Antena –Directividad –Ganancia Polarización Ganancia Conectores Cables

41 Ejemplo de un Enlace Inalámbrico The Swedish Space Corporation (SSC) announced 12 December 2002 that they have transmitted information via a broadband wireless link over a distance of 310km. They believe that this is the longest distance achieved using wireless connectivity. The link was made between a stratospheric balloon that was launched from Esrange near the town of Kiruna in northern Sweden and a base station located near Esrange. Onboard the balloon was a 2.4 meters antenna and radio supplied by Alvarion, with a 6 watts power amplifier, a camera and a server. Automatic tracking of the antenna using GPS technology was employed. The information between the balloon and the base station was transmitted over the 2.4GHz spectrum with a stable signal strength of -68 dBm. The round trip ping response at 300 km was 300-500 ms