Fabricio lincango 8°"B" tarea semana 2
Efecto de la ionosfera
Modelización de la propagación en entornoscomplejos
Introducción
12 de diciembre de 1901, Marconi realizó la primera comunicación radio telegráfica a una distancia de 3.000 km.
Comunicaciones a grandes distancias sufren fuertes variaciones según se realizasen durante el día o la noche.
Interés por la explotación comercial de las comunicaciones radiotelegráficas a grandes distancias, actividad práctica sin justificación
Mecanismo de propagación a grandes distancias.
1902, Kennelly y Heaviside, postularon la existencia de una capa ionizada en la parte alta de la atmósfera como la responsable de la reflexión de las ondas electromagnéticas
Mediciones directas de la ionosfera
1925, Appleton y Barnett, A partir de 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.
Creación de iones
Depende de la energía de las radiaciones y de la densidad de moléculas.
Para alturas elevadas la energía de la radiación incidente es elevada pero la densidad de moléculas es baja,
Para alturas bajas la densidad de moléculas es alta pero la energía de las radiaciones ha sido absorbida en gran parte
La densidad de ionización máxima se produce en un punto intermedio.
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
Por tanto, la capa D produce durante el día una fuerte atenuación a las frecuencias correspondientes a la banda de MF, a pesar de tratarse de frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia.
Influencia del campo magnético terrestre
Plasma
Un plasma sometido a un campo magnético constante posee características anisótropas, de forma que la constante dieléctrica no es un escalar sino un tensor.
Efecto
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.
EFECTO DE 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.
intensidad del campo magnético
frecuencia de resonancia de la ionosfera
e inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia.
Comunicaciones ionósféricas
Guía de onda
La forma superficie de la tierra y la parte baja de la ionosfera
Favorece la propagación a grandes distancias en estas bandas de frecuencias (típicamente entre los 5.000 y 20.000 km).
Dado que la onda no llega a penetrar en la ionosfera,
A frecuencias más elevadas (MF y superiores) la onda penetra en la ionosfera.
Ionósfera
Permite, 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.
Es un medio cuyo índice de refracción varía con la altura.
A medida que la densidad de ionización aumenta, el índice de refracción disminuye, produciéndose la refracción de la onda, o curvatura de la trayectoria
la propagación ionosférica en la banda de MF presenta un comportamiento totalmente distinto durante el día y la noche.
Durante el día queda totalmente absorbida por la capa D
Durante la noche, es posible la refracción en las capas superiores
Para establecer una comunicación ionosférica es necesario conocer la frecuencia de resonancia y la altura virtual a la que se produce la reflexión.
La propagación por refracción ionosférica está muy condicionada por las características ionosféricas.
Actualmente solo se encuentra en uso por radio aficionados
Reemplazado por la comunicación satelital
Ecuaciones relevantes
Frecuencia máxima utilizable básica (MUF)
Es la máxima frecuencia utilizable para que la onda regrese a la tierra.
Si se emplea una frecuencia mayor la curvatura de la trayectoria no es suficiente.
Distancia máxima alcanzable
La distancia máxima alcanzable está limitada por:
la potencia del transmisor
la sensibilidad del receptor
la altura virtual de reflexión
la curvatura terrestre
Considerando el efecto de refracción de la atmósfera terrestre esta distancia está limitada en torno a los 4.000 km.
Introducción
Modelización
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.
El resultado es la caracterización estocástica de las pérdidas de propagación,
Su objetivo es asociar a una atenuación una probabilidad de ocurrir.
Planificación de un servicio
Garantizar que una pérdida de propagación no se supere el 90, el 95 o el 99 % del tiempo en función de la fiabilidad que
se le quiera conferir al servicio.
Modelos empíricos para el valor medio de las pérdidas de propagación.
Modelo Okumura-Hata
Okumura-Hata
se pueden calcular para distancias R>1km como
Zona urbana densa L = A + B log R - E (dB)
Zona urbana de baja densidad L = A + B log R - C (dB)
Zona rural L = A + B log R - D (dB)
Predice una disminución del valor medio de la potencia recibida en Función de la distancia de la forma
Cuanto más alta se encuentra la antena de la estación base, menor es el exponente que afecta a la distancia.
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.
Se basan en el ajuste de leyes de decaimiento de la potencia recibida en función:
distancia
altura de antenas
frecuencia
tipología del entorno a datos medidos
zonas urbanas muy densas
zonas urbanas de baja densidad
zonas rurales
Okumura-Hata
Caracterización estadística de las pérdidas de propagación
Se lo puede describir como una circunferencia en torno a una estación base.
Es posible asociar una probabilidad a una atenuación para unas características dadas del enlace.
Pérdidas de propagación
Desvanecimientos rápidos multicamino y diversidad
Campo incidente
En la antena receptora es el resultado de la superposición:
campos reflejados en edificios
campos difractados en las aristas
componentes reflejadas en el suelo
componentes provenientes de múltiples reflexiones.
Desvanecimiento por multicamino
Ejemplo:
Un móvil al desplazarse observa fuertes variaciones en el nivel de señal recibido.
La potencia recibida en un terminal móvil, va en función de la distancia.
En entornos urbanos densos, la potencia recibida se caracterizan por una función de densidad de probabilidad Rayleigh.
Sistema en diversidad
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 SNR
Y se realiza un proceso de selección o combinación.
Diversidad en espacio
diversidad en polarización
diversidad en frecuencia
diversidad temporal
diversidad en transmisión.