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Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES
Conferencia 14: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTMProfesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y
Telecomunicaciones. Universidad Nacional de Ingeniería
I Sem 2015
Objetivos
Aplicar los métodos de evaluación de la calidad de un radioenlace con relación a su indisponibilidad y fidelidad según los objetivos establecidos por UIT.
2I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Contenido
• Umbral y Margen Bruto de Desvanecimiento• Indisponibilidad de un radioenlace• Evaluación de la indisponibilidad de radioenlace
• Evaluación para los Equipos• Evaluación para la Propagación• Evaluación conjunta: Equipos y Propagación
• Evaluación de la calidad de error (fidelidad)• Método de la signatura• Método del Margen Neto de Desvanecimiento
3I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Umbral y Margen Bruto de Desvanecimiento
4I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Umbral (Sensibilidad) y Margen Bruto de Desvanecimiento Es el nivel mínimo necesario para cumplir con una determinada BER (Bit Error Rate). Se requiere un nivel mínimo de eb/no
Normalmente se obtiene de gráficas, o se puede computar con simulación o fórmulas.
Relación de la eb/n0 mínima respecto a la potencia portadora:
bs
r
s
brb
RfkT
p
fkT
Tp
n
e
000
bsb
r RfkTn
epth 0
0min,
En decibelios: HzdBmbpsRdBFdBN
EdBmTh bs
b /174)(log10)()( 10
min0
Los umbrales (sensibilidades) en la práctica son mayores que el teórico porque no se dan condiciones de recepción ideales. Se obtiene de los fabricantes, o sumamos 5 a 8 dB al teórico.
En realidad se recibe una potencia de portadora C, de forma que el Margen Bruto de Desvanecimiento es:
)()()( 33 dBmThdBmCdBM Significa BER 10-3 , asociado a la definición de SES empleada en los objetivos de las Recomendaciones de la ITU-R.
rPC
Umbral y Margen Bruto de Desvanecimiento
5I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Umbral (Sensibilidad) y Margen Bruto de Desvanecimiento (continuación) Recordemos que es la diferencia entre las potencias recibidas y la sensibilidad o umbral. Puede definirse para distintas tasa de bits en errores.
333 10-
r BER(dBm) Th(dBm)P(dB)M 6
66 10-r BER(dBm) Th(dBm)P(dB)M
Tenemos de la conferencia 11, la tabla de la derecha. De allí vemos que para una BER de 10-3 y esquema de modulación 4PSK, el valor (Eb/N0 ) es de 6.8 (dB). Entonces:
Ejemplo 1Para un radioenlace digital a 34Mbps, realizado con equipos con figura de ruido de 7 dB y modulación 4PSK, el fabricante especifica una sensibilidad o umbral práctico de -80dBm para una BER de 10-3. Determinemos la sensibilidad teórica:
1741034log1078.6 6103 Th
) ( 88.843 teóricoumbraldBmTh
Umbral y Margen Bruto de Desvanecimiento
6I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Nuevamente, de la conferencia 11, tenemos la tabla de la derecha. De allí vemos que para una BER de 10-3 y esquema de modulación, 64QAM, el valor (Eb/N0 ) es de 14.7 (dB) . Entonces:
Ejemplo 2En un radioenlace de 140Mbps, con modulación 64QAM y ecualización, con figura de ruido de 5dB, el fabricante especifica un umbral práctico igual a -73dBm para una BER de 10-3 . Determine la sensibilidad o umbral teórico en este caso.
17410140log1057.14 6103 Th
) ( 84.723 teóricoumbraldBmTh
Indisponibilidad de un radioenlace
7I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Umbral de indisponibilidad (U): Interrupción o funcionamiento degrado durante un tiempo > T0 sistema indisponible (Tind). Cuantifica la probabilidad de que el sistema se encuentre en condiciones de funcionamiento en un momento dado. La indisponibilidad total, para un tiempo de observación T (mayor de un año) es:
Para un sistema Duplex:
(%)T
TTTU 1001221
T1= tiempo de interrupción (T0 ) en sentido de ida.T2= tiempo de interrupción (T0 ) en sentido de retorno.T12= tiempo de interrupción en ambos sentidos simultáneamente.T= tiempo de observación.En el caso unidireccional: T2=T12=0
inddisind TTT (%)
T
TU 100
Disponibilidad del RE
8I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la indisponibilidad
)(NU E)(VU p)(LU
:)(LU Indisponibilidad total de la ruta/trayecto de longitud L
Indisponibilidad del equipo secciones de conmutación:)(NU E N
:)(VU p Indisponibilidad de propagación vanosVEfecto de lluvia (f 7GHz)
Dependencia de la longitud de la ruta y equipos trayecto y circuitos de referencia (HRDP, CFR).
La indisponibilidad se desglosa en dos componentes:
Se calculan por separado en cada vano y se suman
Equipos Distintos equipos en vanos Equipos de reserva
Propagación Lluvia f >10 GHz provoca indisponibilidad t ≥ To, Desvanecimientos multitrayecto profundos son de corta duración t < To y afectan a
la fidelidad
9I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la indisponibilidad de Equipos
La indisponibilidad de equipos es:
N
isiE UU
1
donde Usi es la indisponibilidad de la sección de conmutación i-ésima: isi UU 2
Para un radiocanal con 1 Tx, 1 Rx y n repetidoresU la indisponibilidad en cada sentido:
RPRxTx nUUUU Fiabilidad: complemento a uno de la indisponibilidad Tiene en cuenta el tiempo entre averías: t
una variable aleatoria exponencial negativa: de media , ( = MTBF, mean time between failures):
La probabilidad de que t supere un valor to:
Si se conectan en serie dos equipos:
/exp1
)( ttp
/exp)()( 000
tdttpttpt
12
11
1 MTBFMTBFMTBF
10I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la indisponibilidad de Equipos
El otro parámetro necesario es el MTTR (Mean Time To Restore) Tiempo medio de reparación. Depende del diseño del equipo.
La indisponibilidad en un sentido de un equipo para un canal i, Ui sin protección es:
• Donde se tiene en cuenta el MTTR y
Con protección, se tienen que indisponer simultáneamente todos los canales M+N, a lo largo de los m vanos y en ambos sentidos:
• Si hay un solo canal de reserva (N=1):
100100(%) xx qMTTRMTBF
MTTRU i
MTBFMTTRq /
1
1
200(%)2
Ni mq
N
NM
MU
22
1200(%)2 mq
M
MU i
MTBFMTTR
11I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la Indisponibilidad de Propagación
dBpAAM pp log043.0546.0
01.0 12.0
La indisponibilidad por propagación se limita a la lluvia• Para f >10GHz la atenuación por lluvia es importante para indisponibilidad
El tiempo en el que habrá indisponibilidad es en el que la atenuación por lluvia Ap excede el margen de enlace M• El margen está dado para una BER (10-3) → Umbral Th3
• Este % p del tiempo es:
3ThLGLPIREM trrb donde también:
dKmdGHzfL ab )(log20)(log205.92
001.0 /1 dd
dA
pU p
Para frecuencias >20 GHz la lluvia limita la distancia máxima• Esta distancia máxima se obtiene despejando la máxima indisponibilidad permitida.
ppUU E max
Mmax010 dA .
12I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la Indisponibilidad: Equipos+Lluvia
%100xMTBF
MTTRU E
Consideraciones generales f > 10GHz, lluvia Se suman los porcentajes de indisponibilidad de cada vano Se comparan con objetivos, en Grado alto.
333 ThLGLGLPThCM trrbtttet
dKmdGHzfL wob )(log20)(log205.92 1010
Proceso:
)/(174)(log10)()(/ min03 HzdBmbpsRdBFdBNETh bsb
Fs es la figura de ruido del sistema a la entrada del receptor
1. Se evalúa la indisponibilidad del equipo:
2. Se obtiene el umbral (sensibilidad) de recepción Th3 del fabricante, o se calcula como:
3. Se calcula el margen para desvanecimiento plano:
Suele agregarse +2 a 5 dB
13I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la Indisponibilidad: Equipos+Lluvia
01.0AMpU p
(%)pE UUU
Conocida la Atenuación excedida el 0.01% del tiempo A0.01, se puede calcular para otro porcentaje de tiempo p como:
Se iguala al Margen bruto y se resuelve (ec 2º en log10 p) para obtener Up(%) = p(%), el porcentaje de tiempo de indisponibilidad:
dBpAAM pp log043.0546.0
01.03 12.0
5. La indisponibilidad del vano es:
4. Se calcula la atenuación por lluvia excedida el p% del tiempo:
201.0
3 log043.0log546.012.0
log ppA
M
x x2
Evaluación de la indisponibilidad de radioenlace
14I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
EjemploSe desea unir una estación base telefónica móvil con su controlador mediante un radioenlace digital monovano con las siguientes características:
Base Station Controller
al MSC
5 Km
Pt = 12 dBm
Gt = 40 dB
Ltt = 40 dB
R0.01 = 32mm/hkV = 2.778V = 0.9421
Th3 = -83dBm
Gr = 40 dB
Ltr = 0.5 dB
f = 38 GHzo = 0.036 dB/Kmw = 0.0847 dB/Km
Visión directa Despejamiento suficiente Polarización Vertical
MTTR = 5hMTBF = 50.000h
Determine la indisponibilidad del vano y verifique si cumple los objetivos de ITU-R.
Evaluación de la indisponibilidad de radioenlace
15I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Solución:
%01.0%100000.50
5%100x
MTBF
MTTRU E
1. Indisponibilidad del equipo:
2. Pérdidas básicas de propagación y Margen de desvanecimiento
3. Atenuación por lluvia: Polarización vertical a 38GHz.
4. Igualando atenuación por lluvia con Margen M3:
dBLb 7.1385087.0036.0)5(log20)38(log205.92 1010
dBM 3.35)83(5.0407.138405.0123
9421.0 ,2778.0 VVk
dBA 4.365273.701.0
KmdBR / 7.273322778.0 9421.0 Kmed
A6.2135 32015.0
001.0
ddddcomo eff 0
dBp p 12.04.363.35 log043.0546.0
Evaluación de la indisponibilidad de radionelace
16I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
4. Igualando atenuación por lluvia con Margen M3:
2log043.0log546.0)12.0()4.36(
3.35log pp
Resolviendo esta ecuación de segundo grado, tenemos:
pUp %0108.0
5. Indisponibilidad Total es:
%0208.00108.001.0 TU
6. Verificamos si este valor cumple el objetivo de indisponibilidad de ITU-R para L 280Km
%0336.0%2500
2803.0
ITUTU
%0336.0%0208.0 ITUTT UU
Por tanto, el vano analizado, cumple con el objetivo de indisponibilidad de ITU.
Valor máximo de indisponibilidad:
Evaluación de la Calidad (Fidelidad) en un radioenlace digital
17I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Capacidad Baja (34Mbps o menos) • Aplicamos el resultado de la conferencia 9 para pTP. • Se considera que F1=M3, para una BER=10-3
• Recordemos que en este caso pTS es despreciable.
Capacidad Media/Alta (Mas de 34 Mbps): 2 métodos
1. Método de la signatura o firma:• Se calcula el pTS y se suma al pTP
• La metodología es la misma desarrollada en la conferencia 9.
2. Método del margen neto de desvanecimiento: • Permite calcular pTT directamente
100
3
10M
TPTT Ppp
2
2
2)1(s
mbTS T
kpCp
5.1/22/2/ ,
TSTPpppTT
(%)10010 100
eM
TT Pp
18I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Evaluación de la Calidad (Fidelidad) en un radioenlace digital
Margen Neto de Desvanecimiento, (valor teórico)El porcentaje de tiempo total pTT puede escribirse en función de un margen efectivo o “neto” de desvanecimiento denotado por Me, que es un valor teórico elegido de forma que pTT pueda expresarse mediante una ley similar a la del desvanecimiento plano.
oConsiste en calcular directamente el pTT de la misma forma que se calcula pTP.
Para pTP tenemos: (%)10010 100
3
M
TP Pp
Se considera una estructura igual para pTT considerando que existe un margen Me:
Si lo que deseamos es calcular el margen neto, Me, hay que calcular antes pTS:
(%)10(%)10 100
100
3 eM
TS
M
TSTPTT PpPppp
Margen Neto de Desvanecimiento
19I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Despejando el margen neto, Me, de la expresión anterior:
10
0103
3
10(%)
1log10M
TSe P
pMM
Siempre se cumple que M3 > Me . Si M3 Me M3. Si M3 entonces:
TS
eM p
PM
(%)loglim 0
103
Margen Neto de Desvanecimiento
20I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
EjemploSe considera un vano de radioenlace digital que tiene las siguientes características:
Se pide:• Evaluar la calidad (fidelidad) del
enlace• Calcular el margen neto de
desvanecimiento• Comprobar si se cumplen con los
objetivos de calidad establecidos por ITU-R.
• Velocidad de transmisión: 140Mbps• Esquema de modulación: 16QAM• Margen bruto para BER=10-3 es 30dB.• Desvanecimiento multitrayecto con
factor P0=0.27• Longitud del vano: 42Km.• Signatura dada por la figura mostrada.
Margen Neto de Desvanecimiento
21I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Solución:
La solución del ejercicio pasa por determinar el valor de la signatura (k) a partir de la gráfica, ya que pTS depende de este valor.
sA TMHzWK
BA KKk
20/10 CBsB
TK
Para encontrar k, usamos la siguientes fórmulas donde BC y W lo obtenemos de la figurada dada para la signatura del receptor.
De la gráfica tenemos:
18
MHzMhzW 36182 dBBC 18
BC
W
segnseg 3103.63.6
2
2
32.4s
mTS T
kp
Margen Neto de Desvanecimiento
22I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
nsegsegMbpsR
M
RT
bss 57.2802857.0
140
16loglog1 22
Determinamos Ts como:
Hallamos la signatura con los datos anteriores:
20/183
220/
220/ 10
103.6
)02857.0(361010
CC BsBs
s
TW
TWTk
587.0k
072.0)27.0(2.0exp1 75.0
Ahora es necesario encontrar que es necesaria en la expresión para pTS:
También calculamos m:
(ns)...
m 558050
4270
31
Margen Neto de Desvanecimiento
23I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
Sustituyendo valores tenemos que pTS es:
%00696.0%10057.28
558.0587.0072.032.4
2
TSp
%027.0(%)1001027.0 10
30
TPp
Para pTP aplicamos la expresión:
Entonces, pTT por el método de la signatura nos da:
%041.0)00696.0()027.0(33.175.075.0 TTp
%03396.000696.00270 .ppp TSTPTT
O bien:
Ahora, pTT por el método del desvanecimiento neto es:
dBM e 291027
00696.01log1030 10
30
10
%0339.0(%)1001027.0 10
29
TTp
Margen Neto de Desvanecimiento
24I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
km L ESR(%) 280%036.0
km L .SESR(%) 280%0060
Error Second Rate (ESR): Tasa de segundos con errores
Severe Error Second Rate (SESR): Tasa de segundos con muchos errores
Para verificar si el enlace cumple con las condiciones de calidad (fidelidad) observamos que para L=42Km < 280Km, y las condiciones resultan ser:
Los valores de pTT deben ser siempre menores o iguales que las condiciones de arriba. En este caso, tenemos tres valores estimados, por lo que si tomamos la estimación correspondiente al peor caso (0.041%) el radioenlace no cumple con ESR. Si se considera la estimación mas optimista (0.0339%) el enlace cumple ESR.
No obstante, el radioenlace no satisface la condición para SESR.
• Lectura Obligatoria• Transmisión por Radio
• Capítulo 5Sección 5.18
• Lectura Recomendada
• Ninguna.
25I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo
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