Introducción: desde que Marconi logró establecer comunicación transatlantica de 3000Km entre Gales Y Terranova (12-dic-1901).Se ha ido profundizando sobre las comunicaciones a largas distancias, donde un fenómeno particular se dába; se logran mayores distancias de comunicación durante la noche 3000Km que en el día (1000Km).
En 1902 Kennelly y Heavisible desarrollaron la teoria de una capa ionizada en la parte superior de la tropósfera, que hace posible que las ondas de comunicación se reflejen hacia la tierra dependiendo del angulo en que se las emita
División capas de la Ionosfera: Región D: 60 Km; Día Si, noche No Región E: 80 a 150 Km Día Si, noche Esporádica Región F: 180 600 Km Día Si , noche No Región F Capa F1: 180 a 300 Km Día Si, noche NO Región F Capa F2: 300 a 600 Km Día Si, noche No y densidades de ionización
La causa principal de ionización de la ionosfera es la radiación solar, en las bandas de ultravioletas y rayos X. También contribuyen a la ionización la incidencia de partículas cargadas (protones y electrones) de origen solar y los rayos cósmicos galácticos. La creación de iones depende de la energía de las radiaciones y de la densidad de moléculas.
Por este motivo, las distintas capas de ionización en la ionosfera varían durante el día y la noche, ademas de las estaciones del año he incluso en periodos de once años asociado la la aparición de manchas solares
PROPAGACIÓN EN UN MEDIO IONIZADO
La propagación de las ondas electromagnéticas en la ionosfera se modela como la propagación en un plasma simple y frío, donde en una región del vacío de (ε0 y μ0) que contiene electrones libres, se puede despreciar el movimiento térmico de los electrones. • En un plasma con υ colisiones electrón-partículas (átomos, moléculas, iones, etc) por segundo, la velocidad de un electrón sometido a las fuerzas del campo electromagnético de una onda plana y del campo magnético estático terrestre H0
Las distintas densidades de ionización y la presencia de un campo magnético en la ionosfera de manera parecida al campo magnético en la tierra, hacen que las ondas que se propagan a través de la capa ionsférica puedan ser reflejadas, dependiendo de la densidad de ionización de cada capa, momento del día y la frecuencia de la onda propagada.
A partir de la Ecuación de Maxwell es posible definir la permitividad eléctrica relativa y la conductividad del plasma
INFLUENCIA DEL CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
Para completar el análisis y llegar a definir la comunicación a través de ondas de radio a largas distancias por medio de la ionosfera, hay que tomar en cuenta el campo magnetico que la tierra tambien ejerce sobre esta capa de la tierra. La influencia del campo magnético terrestre depende de la orientación de E respecto de H – Si la onda se propaga perpendicular a H0 y E está polarizado también según H0 el término evx μ0 H0 =0 , no se produce efecto alguno.
– En cualquier otro caso la presencia del campo magnético imprime un movimiento de rotación a los electrones.
– Para el caso en que la propagación sea a lo largo de H0 el movimiento es circular
Para las comunicaciones de VHF y UHF existen valores impredecibles, por lo que se hace necesario el uso de polarización circular en los enlaces tierra-satélite, de no hacerlo existen perdidas por desacoplo fluctuantes. Si la comunicación se la realiza a frecuecias superiores a 10GHz SHF basta con realizarla en polarización lineal, sin que exista rotación
COMUNICACIONES INOSFÉRICAS
Para establecer una comunicación ionosférica es necesario conocer la frecuencia de resonancia y la altura virtual a la que se produce la reflexión. Dado que las bandas de frecuencia tiene un comportamiento diferente al ser transmitidas, estas sufren diferentes efectos, debido a la densidad ionosférica de las distintas capas
Si las condiciones son favorables, la onda que se propaga puede refractarse hacia la tierra cumpliendo con el principio de Snell
También es necesario definir: - La máxima frecuencia utilizable (MUF),para unas condiciones ionosféricas dadas (fp) y ángulo de elevación respecto al horizonte. - El angulo (sen.max)en el que se emite la onda para que retorne a la tierra. - Y la distancia mínima (dmin) de cobertura
NOTA: Existe una zona de SILENCIO a la que las radiocomunicación ionosférica no cubre, distancias que comprende entre los 40 Km y los 700 Km. Se puede llegar a establecer una distancia máxima de 4000 Km de cobertura, determinada por la potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor, la altura de la capa de reflexión y la curvatura de la tierra. Si se requiere superar esta distancia se lo puede lograr por reflexiones múltiples entre la ionosfera y la superficie terrestre, o entre las capas de la ionosfera. Llegando hasta los 10000 Km. Existe una red mundial de observatorios que definen las condiciones favorables ionosferas para las radiocomunicaciones. Hasta finales de los 1960 era la única manera de establecer comunicación a largas distancias, hoy en día es un método que ha caído en desuso.
MODELIZACIÓN DE LA PROPAGACIÓN EN ENTORNOS COMPLEJOS
En este contexto, la modelización de la propagación debe abordarse a partir de modelos empíricos que permiten determinar el valor medio de las pérdidas de propagación. Sobre este valor medio se superpone una variable aleatoria que modela las fluctuaciones en la atenuación. El resultado es la caracterización estocástica de las pérdidas de propagación, cuyo objetivo no es predecir el valor exacto de las pérdidas, sino asociar a una atenuación una probabilidad de ocurrir.
Para los distintos tipos de enlaces por propagación las técnicas de reflexión o difracción por obstáculos nos son insuficientes si el entorno se torna complejo por la presencia de obstáculos que ayudan o dificultan las radiocomunicaciones
EL MODELO Okumura-Hata
Se basan en el ajuste de leyes de decaimiento de la potencia recibida en función de la distancia, altura de antenas, frecuencia y tipología del entorno a datos medidos. El modelo empírico Okumura-Hata distinguen entre zonas urbanas muy densas, zonas urbanas de baja densidad y zonas rurales, desarrollado en Tokio. Según el modelo las perdidas de propagación (L) son:
Es posible calcular la distancia (R) Km, basado en parámetros A, B, C, D, y E que dependen de la altura de las antenas base (hb) m, y antena receptora (hr) m, asi como de la frecuencia (f) MHz.
NOTA: Siendo restrictivo para frecuencias entre 150 y 1500 MHz, altura (hb) entre 30 y 200 m y altura (ht) entre 1 y 10 m. El modelo Okumura-Hata predice una disminución del valor medio de la potencia recibida en:
CARACTERIZACIÓN ESTADÍSTICA DE LAS PERDIDAS DE PROPAGACIÓN
Debido a las diferentes alturas de los edificios, orientación y características de las calles, etc, los modelos empíricos como el Okomura-Hata 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. Si aún manteniendo la distancia a la estación base constante se observarán fluctuaciones en los niveles de señal en distintas ubicaciones del terminal móvil. Variaciones relativamente lentas en función de la distancia recorrida
Dado que estas variaciones dependen de múltiples factores independientes, la resultante es una variación aleatoria de distribución gaussiana. L = L50 + Ls Donde L50 es una atenuación mediana Ls es una variable aleatoria gaussiana de media cero, caracterizada por su desviación estándar (σ). Y (σ) varia de acuerdo a la frecuencia y el entorno. Con A = 5,2 en entornos urbanos y 6,6 en los suburbanos, expresado por:
DESVANECIMIENTOS RÁPIDOS MULTICAMINO Y DIVERSIDAD
El nivel optimo de comunicación que incide en la antena receptora es el resultado de la superposición de múltiples contribuciones de campos y componentes reflejados y difractados en edificios, en las aristas o bordes de las construcciones o en el suelo, y componentes provenientes de múltiples reflexiones.
Dentro de las comunicaciones móviles el desplazamiento que sufre el receptor insiden fuertes variaciones en el nivel de la señal recibida. A este efecto se le denomina desvanecimiento por multicamino. La potencia recibida se caracteriza por una función de densidad de probabilidad Rayleigh.
Una forma de combatir los desvanecimientos por multicamino es un sistema receptor en diversidad. Formado por varias ramas en paralelo, de receptores y antena separados una distancia d de las demás, a la salida de cada receptor se realiza un proceso de selección o combinación donde se realiza una estimación de la mejor relación señal a ruido para transmitir. De esta forma se garantiza que no se produzcan desvanecimientos profundos simultáneamente en todas las ramas, y por tanto el empleo de la diversidad mejorará las características globales del receptor.
La diversidad en espacio en recepción es sólo una de las posibles formas de emplear la diversidad para combatir el desvanecimiento multicamino. Así también se emplea la diversidad en polarización, diversidad en frecuencia, diversidad temporal, o diversidad en transmisión. Ademas se pueden realizar sistemas basados en la combinación dinámica de la señal recibida por cada rama de forma que se maximice en cada momento la relación señal a ruido, de forma que el receptor se adapte a las características cambiantes del entorno de propagación. A este concepto se le denomina genéricamente como antenas inteligentes.
