2.4 Efecto de la ionosfera

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2.4 Efecto de la ionosfera

PROPAGACION

2.5 Modelización de la propagación en entornos complejos

2.5.4 Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad

* Un móvil al desplazar se observa fuertes variaciones en el nivel de señal recibido, a este efecto se le denomina desvanecimiento por multicamino, y se caracteriza estocásticamente. * En entornos urbanos densos en que es habitual que no exista visibilidad directa entre el terminal móvil y la estación base las fluctuaciones en la densidad de potencia incidente y por tanto en la potencia recibida se caracterizan por una función de densidad de probabilidad Rayleigh. * Un sistema en diversidad en espacio está formado por varias ramas que consisten cada una de ellas en un receptor conectado a una antena separada una distancia d de las demás, a la salida de cada receptor se realiza una estimación de la relación señal a ruido y a continuación se realiza un proceso de selección o combinación. * La diversidad en espacio en recepción es sólo una de las posibles formas de emplear la diversidad para combatir el desvanecimiento multicamino.

2.5.3 Caracterización estadística de las pérdidas de propagación

* 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. * Es evidente que aún manteniendo la distancia a la estación base constante se observarán fluctuaciones en los niveles de señal en distintas ubicaciones del terminal móvil, esto se deben a las diferentes alturas de los edificios, orientación y características de las calles.

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

* Generalmente los modelos empíricos distinguen entre zonas urbanas muy densas, zonas urbanas de baja densidad y zonas rurales. * Los modelos empíricos se basan en el ajuste de leyes de decaimiento de la potencia recibida en función de la distancia, altura de antenas, frecuencia y topología del entorno a datos medidos. * El modelo Okumura-Hata predice una disminución del valor medio de la potencia recibida en función de la distancia de la forma que para una altura de antena de la estación base de 200 m implica una variación de la forma I/R^2.98 y para una altura de 30 m la variación en función de la distancia es de la forma I/R^3.52.

2.5.1 Introducción

* Los entornos de propagación complejos en los que existe una superposición de varios efectos, el cálculo de las pérdidas de propagación debe abordarse de forma diferente. * 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. * La modelización de la propagación debe abordarse a partir de modelos empíricos que permiten determinar el valor medio o esperado de las pérdidas de propagación.

2.4.4 Comunicaciones ionosféricas

* 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 λ del índice de refracción atmosférico, esta variación abrupta produce una reflexión de la onda incidente en la parte baja de la ionosfera. * 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 (típica mente entre los 5.000 y 20.000 km). Dado que la onda no llega a penetrar en la ionosfera, este modo de propagación es relativamente insensible a las variaciones de la ionosfera. * 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. A medida que la densidad de ionización aumenta, el índice de refracción disminuye, produciéndose la refracción de la onda, o curvatura de la trayectoria,de forma análoga a la refracción atmosférica. Bajo ciertas condiciones la curvatura es tal que la onda regresa a la tierra.

2.4.3 Influencia 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. * 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. * A este efecto se le denomina rotación de Faraday, el ángulo de rotación de la polarización depende de la diferencia entre las dos constantes de propagación esta diferencia es función de la dirección de propagación de la onda respecto al campo magnético terrestre, de la intensidad del campo magnético y de la frecuencia de resonancia de la ionosfera, e inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia. * Para frecuencias superiores a 10 GHz la rotación de Faraday es totalmente despreciable (inferior a 1º); sin embargo, en las bandas de VHF y UHF puede tener valores considerables que son impredecibles, es por este motivo que en estas bandas es necesario el empleo de polarización circular en las comunicaciones tierra - satélite, ya que el empleo de polarización lineal tendría asociadas pérdidas por desacoplo fluctuantes, impredecibles y con valores potencialmente elevados.

2.4.2 Propagación en un medio ionizado

* La propagación de ondas electromagnéticas en la ionosfera se puede modelar a partir de la propagación en plasmas, un plasma es una región de espacio, con la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío, que contiene electrones libres. * 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 debe considerar la presencia de un campo magnético estático, de la misma manera que en la ionosfera existe el campo magnético terrestre.

2.4.1 INTRODUCCIÓN

* El 12 de diciembre de 1901, Marconi consiguió realizar de forma satisfactoria la primera comunicación radio telegráfica transatlántica cubriendo una distancia de 3.000 km entre Gales y Terranova, en el extremo oriental de Canadá. * En el año 1902 otros experimentos realizados por Marconi pusieron de relieve que las comunicaciones a grandes distancias sufrían fuertes variaciones según se realizasen durante el día o la noche. * 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 de esta forma el mecanismo de propagación a grandes distancias. * 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 variable en el tiempo. * La formación de interferencias constructivas y destructivas les fue posible determinar la altura de la capa ionizada. A esta capa la llamaron capa eléctrica, o abreviadamente capa E. * Estudios posteriores revelaron la existencia de capas inferiores y superiores a la capa E, a las que manteniendo el orden alfabético se las denominó D y F respectivamente.