RCM -1 - 1

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RADIOCOMUNICACIONES

• Prof Daniel Segovia Vargas
• Curso 4º Créditos 3
• Horas/semana 2
• Dpto. Tecnologías de las Comunicaciones

2
BIBLIOGRAFÍA

• BÁSICA
• R.L Freeman. Radio System Design for
  Telecommunications. Segunda Edición, 1997. John
  Wiley and Sons.
• G. Maral y M. Bousquet. Satellite Communications
  Systems. Wiley and Sons. 1993.
• J.M Rábanos. Transmisión por Radio. Primera
  Edición 1993. Ed. Ramón Areces.
• J.M. Rábanos. Comunicaciones Móviles. Ed. Ramón
  Areces 1997
• T.S. Rappaport. Wireless Communications
  Principles and Practice. IEEE Press, Prentice
  Hall PPR
• COMPLEMENTARIA
• T. Pratt, C.W. Bostian. Satellite Communications.
  Wiley and Sons, 1986
• Tri T. Ha. Digital Satellite Comunications. Mac
  Millan 1990.
• G.D. Gordon y W.L. Morgan. Principles of
  Communication Satellites. Wiley and Sons 1993.
• Recomendaciones del CCIR
• vol.IV Servicios por satélite
• vol. VIII Servicios móviles

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CONTENIDO

• Tema 1 Conceptos generales de transmisión por
  radio. (3 horas)
• Definiciones básicas y terminología.
• Revisión del concepto de balance de enlace.
• Caracterización del canal radio distribución
  estadística, métodos de predicción.
• Tema 2 Radioenlaces terrenales. (9 horas)
• Planes de asignación de frecuencias.
• Diagrama de bloques de equipos.
• Calidad de un radioenlace sistemas analógicos y
  digitales.
• Criterios de disponibilidad.
• Enlaces transhorizonte.
• Tema 3 Radiocomunicación por satélite. (10
  horas)
• Bandas de frecuencia planes de frecuencia,
  control de interferencias.
• Subsistemas en la estación terrena antenas,
  convertidores, amplificadores.
• Técnicas de acceso FDMA, TDMA, CDMA.
• Comunicaciones digitales vía satélite telefonía,
  televisión.
• Tendencias futuras VSATs, UMTs

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CONTENIDOS (II)

• Tema 4 Sistemas de comunicaciones móviles
  celulares. (8 horas)
• Cálculo de las pérdidas del trayecto
• Propagación multitrayecto
• Caracterización en banda estrecha.
• Caracterización en banda ancha.
• Transmisión en comunicaciones móviles
• Calidad de transmisión.
• Diversidad.
• Transmisión digital.
• Técnicas de acceso
• Difracción.
• Propagación en interiores.
• Modelo de rayos
• Microceldas y picoceldas
• Sistemas trunking

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Criterios de evaluación

• Examen (90 )
• Cuestiones teórico prácticas (sin libros)
• Problemas (con libros)
• Presentación de problemas hechos en casa (10 )
• Prácticas (?)

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CONCEPTOS GENERALES DE TRANSMISIÓN POR RADIO

• Definiciones básicas y terminología.
• Definición de standares radioeléctricos.
• Gestión de frecuencias.
• Denominación de las emisiones.
• Características de propagación.
• Conceptos generales PIRE, PRA, G/T
• Revisión del concepto de balance de enlace.
• Fórmula de Friis para el enlace.
• Discriminación y aislamiento de polarización.
• Modelo energético de un sistema de
  comunicaciones.
• Tipos de sistemas radioeléctricos limitados por
  interferencia, limitados por ruido.
• Caracterización del canal radio distribución
  estadística, métodos de predicción
• Distribuciones estadísticas de la propagación
  radioeléctrica.
• Métodos empíricos de predicción de propagación
• Efecto de los meteoros (Transmisión y Propagación)

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TERMINOLOGÍA Y DEFINICIONES

• Definiciones generales
• Radiocomunicación Telecomunicación realizada por
  ondas en espacio a freclt 3000GHz
• Espacial hace uso de elementos situados en el
  espacio
• Terrenal distinta de la espacial y la
  radioastronomía
• Gestión de frecuencias (gran importancia por la
  escasez del recurso)
• Atribución de bandas a servicios (UIT en las
  Conferencias Internacionales (1))
• Adjudicación de frecuencias a los servicios de
  una banda dentro de una zona (1)
• Asignación de frecuencias a nivel Administración
  Local a las estaciones radioeléctricas
• frecuencia y banda (anchura necesaria más el
  doble de la tolerancia en frecuencia)
• Servicios y modos de explotación
• Servicios
• Móvil son servicios tipo punto-zona o zonales.
• Fijo son servicios tipo punto-punto
• Radiodifusión servicios zonales destinados a la
  recepción por el público general
• Modo de explotación símplex (transmite
  alternativamente), dúplex (transmite
  simultáneamente), semidúplex (símplex en un punto
  y dúplex en otro)

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CARACTERÍSTICAS DE EMISIONES

• Parámetros de emisión
• Clase de emisión características de una emisión.
• Anchura de banda necesaria (aquella que
  garantiza una calidad y velocidad de transmisión
  dadas), ocupada (fuera de ella hay un porcentaje
  .5 de potencia)
• Tolerancia en frecuencia.
• Emisiones no deseadas fuera de banda(su
  eliminación afecta a la calidad), no esencial
• Potencia cresta (PEP), media (Pm), portadora
  (Pc).
• Polarización lineal (horizontal, vertical,
  oblicua) circular.
• Parámetros de recepción
• Intensidad de campo mínima utilizable
• Relación de protección en RF (relación entre
  señal deseada e interferente que asegura una
  calidad en recepción)
• Parámetros de explotación
• Zona de cobertura intensidad de campo mayor de
  un umbral determinado
• Zona de servicio se garantiza al explotador del
  servicio una relación de protección

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BANDAS DE FRECUENCIAS
Nº Símbolo frecuencia 4 VLF 3 - 30
kHz 5 LF 30 - 300 kHz 6 MF
300 - 3000 kHz 7 HF 3 - 30 MHz 8
VHF 30 - 300 MHz 9 UHF 300 - 3000 MHz 10
SHF 3 - 30 GHz 11 EHF 30 - 300
GHz 12 300 - 3000 GHz
DENOMINACIÓN BANDAS DE FRECUENCIA
BANDAS MICROONDAS
L 1 - 2 GHz S 2 - 4 GHz C 4 - 8 GHz X 8 - 12
GHz Ku 12 - 18 GHz K 18 - 27 GHz Ka 27 - 40 GHz
CUADRO DE ATRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS
Región I Europa, Africa, Siberia, Oriente
Medio Región II América del Sur y del
Norte Región III Australia, Sureste Asiático,
Pacífico Sur
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DENOMINACIÓN DE EMISIONES
Clasificación según su clase y anchura de banda
necesaria
Ejemplo de denominación de emisión

• Anchura de banda necesaria mediante
• 3 cifras y una letra que ocupa la posición de la
  cifra decimal H (Hz), K (Khz), M (Mhz) y G
  (Ghz). Ejemplo
• 180.4 Khz.......180K
• 180.6 Khz.......181K
• 1.25 Mhz........1M25
• Clase de emisión mediante símbolos
• Primero modulación, N (ninguna), A (amplitud), H
  (BLU), C (BLV), F (freq)
• Segundo naturaleza señal moduladora 0
  (ninguna), 1 (canal digital), 3 (analógico), 8 (2
  canales multiplex)
• Tipo de información D (datos), E (voz),
  F(vídeo)
• Cuarto calidad J G H N
• Multiplaje N F T

• Telefonía DBL, 6000 Hz, cal. Comercial
• 6K00A3EJN
• Telefonía BLU, port. Completa, 3000Hz, cal.
  Comercial.
• 3K00H3EJN
• Radiodifusión FM, calidad estéreo, 256 Khz
• 256KF8EHF
• Televisión color, sonido monoaural, vídeo 6.25
  MHz
• 6M25C3FNN
• sonido 750 KHz
• 750KF3EGN

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CARACTERÍSTICAS DE PROPAGACIÓN

• Tipos de ondas según la frecuencia
• Onda de superficie para frecuencias inferiores a
  30 MHz. Alcances largos y estabil.
• Onda ionosférica entre 3 y 30 MHz. Grandes
  alcances, inestabilidad.
• Onda espacial freq superiores a 30 MHz
• Onda directa alcanza el receptor de manera
  directa
• Onda reflejada conecta transmisor y receptor a
  través de una reflexión
• Ondas por reflexión multitrayecto
• Onda por dispersión troposférica reflexiones en
  turbulencias de capas de la troposfera
• Influencia del medio de transmisión
• Reflexión
• Refracción
• Difracción
• Dispersión
• Absorción
• Efecto de meteoros e influencia con la frecuencia

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EFECTOS DE LA TROPOSFERA
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PARÁMETROS FUNDAMENTALES
Pdi
T
PIRE

• Ganancia directiva cociente entre la intensidad
  de radiación producida por una antena en una
  dirección y la que produciría una antena isótropa
• PIRE potencia isótropa radiada equivalente en la
  dirección del diagrama de directividad
• PRA potencia radiada aparente, producto de la
  potencia entregada a la antena por su ganancia
  respecto al dipolo en ?/2.
• G/T cociente entre la ganancia de la antena y la
  temperatura equivalente de ruido a la entrada del
  receptor. Es inversamente proporcional a la
  densidad de potencia.

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PARÁMETROS FUNDAMENTALES

• Superficie equivalente de absorción para una
  antena dada es la relación entre la potencia
  disponible y la densidad de flujo incidente.
• Para una antena isótropa se demuestra que vale
• Para una antena con ganancia G
• Relación con la superficie geométrica
• Longitud efectiva de la antena relación entre el
  campo incidente en la antena y el voltaje
  inducido en sus terminales.

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CONCEPTO DE BALANCE DE ENLACE

• Balance de enlace es la relación que existe entre
  la potencia disponible en el receptor con la
  entregada en el transmisor a través de las
  pérdidas y ganancias en el trayecto.
• En el lado de transmisión
• Ltt pérdida en los circuitos terminales del
  transmisor (asociadas a la desadaptación
  antena-tx)
• Lat pérdida asociada al rendimiento de la antena
• Gt ganancia directiva para el transmisor
• En el lado de recepción parámetros equivalentes
  a los de transmisión.
• Pérdidas básicas de propagación Lb, función de la
  frecuencia, distancia, medio, altura de antenas y
  modo de propagación.
• Además hay que considerar las pérdidas por
  desacoplo de polarización

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FÓRMULA DE FRIIS

• La Ecuación de Friis permite calcular las
  pérdidas de inserción de un radioenlace en
  función de parámetros de transmisión de ambas
  antenas asociados a las direcciones en que cada
  una de ellas ve a la otra.

eT, eR vectores unitarios de polarización
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FACTOR DE PÉRDIDAS POLARIZACIÓN
En el caso más general se puede escribir
obteniéndose acoplo perfecto (FPP1) sólo cuando
Antena receptora y onda incidente (antena
transmisora) tienen exactamente la misma
polarización elipses coincidentes y mismo
sentido de giro para observadores situados sobre
cada una de las antenas.
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REUTILIZACIÓN DE POLARIZACIÓN

• Ante la congestión de las bandas de radio la
  utilización de antenas de alta pureza de
  polarización permite hoy día duplicar la
  capacidad de una banda reusándola en
  polarización, esto es, transmitiendo y recibiendo
  canales que ocupan la misma banda sobre dos
  polarizaciones ortogonales.
• Esto se está haciendo por ejemplo en el servicio
  fijo por satélite, transmitiendo y recibiendo
  simultáneamente sendas polarizaciones lineales
  ortogonales.
• Para evitar interferencias entre canales
  ortogonales el nivel de radiación contrapolar de
  las antenas no debe superar -35 dB.
• Nótese que el anterior requerimiento también
  condiciona el posicionado (ajuste) del eje de
  polarización de la estación terrena.
• Un desajuste de 1º en la orientación del eje de
  referencia de polarización (variación máxima
  admitida en estaciones terrenas) causa pequeñas
  pérdidas en el acoplamiento copolar pero acopla
  -35 dB de componente contrapolar.
• XPD Discriminación contrapolar
• XPI Aislamiento contrapolar

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ECUACIÓN DE BALANCE DE ENLACE
La ecuación general de balance de enlace es
Ejemplo
Ejemplo Se considera un enlace entre un
transmisor que entrega una potencia de 10 w a una
antena de ganancia directiva 8 dB y rendimiento
de 95 a través de un cable con 1.2 dB de
pérdidas. La antena receptora tiene una ganancia
directiva de 3 dB y un rendimiento de 97.7 y la
pérdida en el cable de conexión al receptor es de
1 dB. La pérdida básica de propagación es de 120
dB. Hallar ganancias de potencias, pérdidas de
transmisión y potencia recibida.
Gt7.8 dB Gr2.9 dB Pérdida de transmisión109
dB Pdr-71.5 dB
Solución
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RUIDO EN SISTEMAS DE RADIO

• Todos los cuerpos con una temperatura diferente
  de 0ºK desprenden radiación incoherente (ruido).
  
• La antena capta esa radiación de todos los
  cuerpos que la rodean a través de su diagrama de
  radiación.
• Siendo NDR la potencia de ruido disponible en
  bornes de la antena, su temperatura de ruido se
  define mediante
• k, cte. de Boltzman1,38 10-23 (julio/K)
• Bf, el Ancho de Banda de Ruido (Hz)
• TA, la temperatura de Ruido de Antena (K)
• En función de la Temperatura de Brillo TB (?,?)
  asociada a la radiación de ruido que incide sobre
  la antena para la dirección (?,?), la Temperatura
  de Antena TA se obtiene como
• TA depende de orientación de la antena respecto
  de las radiofuentes celestes y de la atmósfera,
  pero sobre todo de la banda de frecuencia de
  trabajo.

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VALORES TÍPICOS DE TA (MF, HF y VHF)
Isolíneas de ruido atmosférico a 1 MHz en dB
referidos a KT0B
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Valores típicos de Ta (Bandas de Microondas)
Antenas de haz estrecho apuntando con el lóbulo
principal a una elevación???sobre el horizonte
con atmósfera clara (sin sumar contribución del
suelo)
La atenuación atmosférica producida por la
lluvia, niebla, etc. incrementa la temperatura de
antena en un valor
(Tm, valor medio de la temperatura física de la
atmósfera).
Incrementos típicos en el rango de microondas
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INTERFERENCIA

• Modelo para la interferencia simple
• Tipos de interferencia simples, múltiples,
  cocanal y de canales adyacentes.
• Sistemas punto a punto
• Se suman en potencia las contribuciones de las
  distintas fuentes interferentes.
• Relación portadora interferencia
• Sistemas zonales
• Cálculo del campo utilizable en el emplazamiento
  del transmisor deseado
• Campo utilizable función de los campos
  perturbadores
• Distancia de cobertura del TX deseado a la
  distancia a la que existe el campo utilizable.

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TIPOS DE SISTEMAS RADIOELÉCTRICOS

• Se clasifican atendiendo a la perturbación
  dominante.
• Sistemas limitados en ruido
• Cobertura función del factor de ruido del sistema
  receptor
• Se especifica mediante la potencia umbral de
  recepción (depende del balance de enlace) y los
  márgenes de desvanecimiento
• En la mayoría se trata de sistemas punto a punto
• Sistemas limitados por interferencia
• Cobertura depende de la interferencia admisible o
  prevista.
• Son sistemas de cobertura zonal que se
  especifican mediante el valor mediano del campo
  utilizable en el emplazamiento del transmisor
  deseado.
• Ejemplo sistemas de radiodifusión en bandas
  métricas y sistemas de radiocomunicaciones
  móviles.

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CARACTERIZACIÓN DEL CANAL RADIO

• El medio de propagación experimenta variaciones
  aleatorias de dos tipos
• Con las ubicaciones y con el tiempo.
• Variabilidad del trayecto de propagación debido
  a
• Radiocomunicaciones zonales y perfil orográfico
  muy complejo o de tipo urbano
• Existencia de distribuciones estadísticas de
  propagación y de métodos empíricos de predicción.
• Distribuciones estadísticas de propagación
• Distribución normal de campo.
• Distribución Rayleigh
• Distribución RayleighlogNormal
• Distribución de Nakagami Rice
• Concepto de mes más desfavorable.
• Métodos empíricos de predicción
• Recomendación 370 del CCIR
• Método de Okumura Hata
• Método del COST 231

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DISTRIBUCIÓN NORMAL

• La intensidad de campo en dB sigue una
  distribución normal
• Se manejan las siguientes funciones de
  probabilidad
• Estas funciones se evalúan mediante
  aproximaciones numéricas.
• Aproximación en series de potencias (2.13.9)
• Aproximación de Hastings (2.13.10)
• En ocasiones resulta conveniente expresar el
  valor del campo superado con una probabilidad p
  dada. Se utiliza la función la función
• Si pgt0.5
• Se suele utilizar papel gaussiano

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DISTRIBUCIÓN RAYLEIGH

• Se utiliza para modelar la envolvente de la señal
  resultante de propagación multitrayecto.
• Es uniparamétrica
• x es la amplitud en valor absoluto
• La probabilidad de superar un cierto valor viene
  dada por la función complementaria
• Se suele utilizar papel Rayleigh representando en
  abscisas la probabilidad de rebasar los valores
  indicados en ordenadas.

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DISTRIBUCIÓN RAYLEIGHLOG NORMAL

• En aplicaciones de comunicaciones móviles el
  campo puede seguir una ley Rayleigh pero con una
  mediana variable que se distribuye con una ley
  log-normal.
• La función de distribución global será
• No es expresable mediante funciones elementales.
  Se suele utilizar un papel Rayleigh resultando la
  Rayleigh normal aquella cuya desviación es 0.
• Ejemplos variación del campo en un entorno
  urbano o un terreno muy accidentado.

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DISTRIBUCIÓN DE NAKAGAMI RICE

• Típica de radioenlaces punto a punto.
• La señal está constituida por una componente
  determinística y varias componentes aleatorias
• Función biparamétrica
• c valor eficaz de la componente det.
• 2b valor cuadrático medio de la aleat.
• Io función de Bessel de orden 0 y primera
  especie.
• Si c0 la función degenera en una Rayleigh
• Si c2gtgtb resulta una gaussiana
• En papel Rayleigh se ha supuesto la potencia
  media de la señal 2bc2

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CONCEPTO DE MES MÁS DESFAVORABLE

• Para el análisis de la calidad se establecen
  umbrales de funcionamiento. Si la señal está por
  debajo de un umbral el enlace está cortado.
• Los criterios de calidad aplicables en sistemas
  de radio se refieren a un período de tiempo
  normalizado como cualquier mes.
• Mes más desfavorable se define como el período de
  un mes dentro de 12 meses civiles durante el que
  se rebasa más tiempo el umbral.
• FTRMD porcentaje de tiempo durante el que se
  supera el umbral en el mes.

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RECOMENDACIÓN 370 DEL CCIR (I)

• En comunicaciones zonales hay gran variabilidad
  de trayectos. Esto afecta a servicios
  radiodifusión o móviles. Surgen métodos empíricos
  de propagación.
• Proporcionan una estimación rápida de la pérdida
  básica de propagación.
• REC. 370 del CCIR
• Concebido para el medio rural y destinado para la
  planificación de servicios de radiodifusión
  sonora y TV.
• Parámetros de dependencia
• Bandas de frecuencia VHF y de UHF (IV y V)
• PRA de 1 kw
• Campo superado en un 50 de ubicaciones
• Campo superado un tanto por ciento del tiempo
• Trayecto de propagación mar o tierra
• Altura de antena receptora 10 m.
• Altura efectiva de antena TX altura de antena
  sobre nivel medio entre 3 y 15
• Ondulación del terreno (valor estándar 50 m)

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RECOMENDACIÓN 370 DEL CCIR (II)
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MÉTODO DE OKUMURA HATA

• Aplicable en entornos urbanos.
• Curvas de Okumura
• Valores de campo para medio urbano, diferentes
  alturas efectivas de antenas y bandas de
  frecuencia y una PRA de 1kw. Antena RX 1.5 m.
• Correcciones para ondulación, pendiente del
  terreno y distintas alturas.
• Expresiones de Hata
• Desarrollo de expresiones numéricas para las
  curvas normalizadas de Okumura.
• Fórmula de Hata
• f, frecuencia en Mhz 150ltflt1500
• ht, altura efectiva TX en m 30lt htlt200
• d, distancia en km 1ltdlt20
• hm, altura receptora sobre suelo, 1lt hm lt10m
• Da un valor medio ya que no tiene en cuenta el
  entorno del móvil ni la ondulación.

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MÉTODO COST 231
?
?hb
?hr
hr
hm
w
d
b