Características Del Medio Inalámbrico

8/17/2019 Características Del Medio Inalámbrico

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CARACTERÍSTICAS DEL

MEDIO INALÁMBRICO

Dr. Boris Ramos


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Alámbrico vs. Inalámbrico

El medio Alámbrico es de tipo guiado. La señal que viaja por un cable también irradia

energa !uera del cable" lo que puede ocasionarinter!erencia a otros sistemas alámbricos oinalámbricos.

El medio inalámbrico se caracteri#a por$

%er poco con!iable&ener poco anc'o de banda%oportar movilidad


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A medida que la !recuencia de operaci(n ,la velocidad de transmisi(n seincrementan" los costos del 'ard-are seincrementan también" , la 'abilidad depenetrar las paredes se reduce.

ara !recuencias de 'asta unos pocos /0#

)123 /0#+ la señal es capa# de penetrar lasparedes dentro de un edi!icio con unain!raestructura inalámbrica mnima.


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Metáfora #1: La inter!erencia en lascomunicaciones inalámbricas se puede visuali#ar

como el 'umo que se genera en una parrilla oasador )transmisor+ , sale de la propiedad.

Metáfora #2: El espectro total asignado a unoperador )o usuario+" se puede visuali#ar como la

propiedad )patio o parque+ en la que seencuentra el asador.


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Metáfora #3: El tamaño de la parrillarepresenta el anc'o de banda de

transmisi(n.


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ara incrementar la capacidad en un medioalámbrico se requiere instalar más cables4

ara incrementar la capacidad en un medioinalámbrico e5isten varios métodos" el mássimple , comparable con el caso alámbrico"es el concepto celular.

En el concepto celular para incrementar lacapacidad se deben instalar más celdas4


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Ejercicio$%uponga que intenta instalar un servicio

de Internet inalámbrico en el tec'o deuna casa , distribuirlo dentro de lamisma usando otras alternativas

di!erentes a cable coa5ial" !ibra (ptica" opar tren#ado. 6ué debera 'acer*Dibuje el esquemático del sistema.


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Planta Eterna Alá!"r$a

A$$e%o Inalá!"r$o: Cel&lar '(rele%% Lo$al Loo) *(LL+


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Planta Eterna Alá!"r$a 7omponente más grande de la Red 7osto mu, sensitivo a la distancia del cable 7osto en áreas rurales e5tremadamente alto

A$$e%o Inalá!"r$o 8enos sensitivo a la distancia o ubicaci(n 7ostos e5tras en #onas remotas. 7elulares con di!erente demanda que

convencionales


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orqué reali#ar estudios de la

ropagaci(n* La caracteri#aci(n precisa del canal de

radio a través de sus parámetros

relevantes , de un modelo matemático" esimportante para predecir lo siguiente$

La cobertura de la señalLas velocidades de datos alcan#ables


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orqué reali#ar estudios de la

ropagaci(n*La velocidad de 9luctuaci(n del

7analEl análisis de la inter!erenciaDeterminar los mejores esquemas de

recepci(n , señali#aci(n.Encontrar la ubicaci(n (ptima de las

Estaciones Bases


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orqué reali#ar estudios de

ropagaci(n* La cobertura de la señal está determinada

por el gradiente distancia2potencia" o de

pérdida de paso. La velocidad de transmisi(n de datos está

limitada por la estructura de multipaso del

canal" , por las caractersticas dedebilitamiento de los componentes

multipaso.


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ropagaci(n* La velocidad de !luctuaci(n del canal tiene

que ver con elementos del diseño del

receptor" tales como$El reloj

La sincroni#aci(n de la portadora

La recuperaci(n de la !ase.


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ropagaci(n* ara los sistemas de banda angosta tales

como$ telé!onos inalámbricos" telé!onos

celulares :/21/ , sistemas detransmisi(n de datos de baja velocidad"

tenemos que la cobertura de la señal , el

debilitamiento lento )slo- !ading+" sonlos parámetros más importantes.


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ropagaci(n* ara los sistemas de banda anc'a de alta

velocidad" tales como$ los celulares ;/"


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ropagaci(n* Las propiedades del canal de radio también

son importantes para$

Determinar el 7onsumo de la BateraEl diseño de los protocolos de la capa 8A7

El diseño de antenas inteligentes , adaptativas

)%istemas @/+El diseño de protocolos inalámbricos )'ando!!"

control de potencia" entre otros+


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8ecanismos de ropagaci(n

de Radio


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&ransmisi(n , Re!le5i(n

n ra,o se re!leja o transmite cuando la longitud

de onda de las señales que viajan son más

pequeñas que los objetos sobre los que impacta.

En la re!le5i(n , la transmisi(n la señal se atenapor !actores que dependen de la !recuencia" el

ángulo de incidencia" , la naturale#a del objeto

que se impacta.

Estos mecanismos dominan la propagación deradio en ambientes interiores.


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&ransmisi(n , Re!le5i(n en

Ambientes Interiores


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Re!le5i(n en ropagaci(n de

Ambientes E5teriores


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%cattering )Dispersi(n+

Este mecanismo de propagaci(n ocurre en

paredes con super!icies rugosas" ve'culos" ,

en la vegetaci(n. Esto ocurre cuando los objetos sobre los que

incide la señal que se enva son mas pequeños

que la longitud de onda de la señal.

Este mecanismo domina la propagación de

señales Infrarrojas (IR)


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Di!ra5i(n

Los ra,os que inciden en los !ilos de edi!icios"

paredes" , otros objetos grandes" pueden ser

considerados como energi#adores de los !ilos" de

tal manera que estos actan como una segunda!uente de envo de la señal.

La pérdida de la señal ocasionada por su di!ra5i(n

es ma,or que el caso de la transmisi(n , re!le5i(n.

Este mecanismo es importante en la propagaciónde ambientes microcelulares exteriores.


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Di!ra5i(n en ropagaci(n de

Ambientes E5teriores


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T,$n$a% -e Mo-ela!ento -e la P,r--a-e Pa%o ' Co"ert&ra -e la Se.al

1/ Mo-elo 0Ra' Tra$n *E%)e$f$o -el L&ar+: 8uc'a Demanda 7omputacional sado para predicciones de cobertura en ambientes

interiores , en ambientes urbano2microcelulares.

2/ Mo-elo% E%ta-%t$o%: 7omputacionalmente simples Apropiado para ambientes macro2celulares 9ácil de usar para el análisis del desempeño en

e5perimentos de laboratorio.


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El 7oncepto de 8odelamiento


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6ué se debe modelar*

@. 8odelar las propiedades de la correlaci(n en el dominiodel tiempo" para la simulaci(n de la !luctuaci(n del canal

)Espectro Doppler+.

4%an-o la E%tr&$t&ra M&lt)a%o

:. 8odelo del Retraso , de la otencia de los asos quearrivan para determinar las velocidades de datosalcan#ables.


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@ 8odelos que usan la otencia

de la %eñal Recibida


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érdida de aso en

ropagaci(n de Espacio Libre

t$ otencia &ransmitida

r $ otencia Recibida

/t , /r $ /anacias de las antenas

transmisoras , receptoras

d$ distancia entre el transmisor , receptor

λ C c!" longitud de onda de la portadora


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roblema


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8odelo dependiente de las

articiones de un %itio 8odelo dependiente de las particiones$

Donde mtype es el nmero de particiones

de un tipo? en particular" , w type es la

pérdida de potencia asociada a dic'o

tipo de partici(n.

Lo es la pérdida de paso )o de la señal+

a una distancia de : m.


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8odelo dependiente de las

articiones de un %itioAten&a$5n -e &na Se.al -e 2/6 789 -B

Fentana en una pared de ladrillos 1

ared de Fidrio" con bordes metálicos G

ared de H!icina G

uerta metálica en una pared de o!icina G

ared 'ec'a con 7eni#a volcánica @

uerta metálica en una pared de ladrillos :1.@

ared de ladrillos junto a la puerta metálica ;


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8edici(n del α ,

Debilitamiento de %ombra


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7ra-ente D%tan$aPoten$a

La otencia recibida , la érdida de

aso se relacionan a la distancia entre el

transmisor , receptor a través del α" dela siguiente manera$

1. P r = P o d -

2.

10 log (P r ) = 10 log (P o ) - 10 log(d)3. L p = Lo 10 log(d)


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Co"ert&ra -e &na E%ta$5n Ba%e

' el ra-ente 7uál es la cobertura de una Estaci(n

Base que transmite una señal de 1 -

dado que la sensibilidad del receptor esde 2:JJ dBm" la pérdida de paso en el

primer metro es de ;1 dB" , el gradiente

de pérdida de paso α C @*


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8odelo de Interiores

K!emtocelulares )'asta apro5. 1J

metros+ en 1.@ , 3 /0#


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De"lta!ento -e So!"ra

Dependiendo del ambiente , del entorno" , de

la ubicaci(n de los objetos" la potencia de la

señal recibida para la misma distancia desdeel transmisor será di!erente$

Lp C Lo M :J α log)d+ M 9σ

9σ C 8argen de Debilitamiento con una

distribuci(n /aussiana en dB con media J


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n sistema m(vil desea proveer unacomunicaci(n e5itosa en el N3O de los

casos en las #onas lmites a través del usode un margen de debilitamiento correctorque corrija un debilitamiento de sombra quetiene una media cero , una desviaci(n

estándar de P dB con una distribuci(ngaussiana. 7uál es el margen dedebilitamiento requerido*


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Problema

a+ Determine la cobertura para sistemas IEEE

PJ1.:: b o g en áreas de o!icina que operana 1.@ /0#" cu,as ganancias de antenas

transmisoras , receptoras son iguales a :" el

coe!iciente de pérdida de paso es igual a ;"

la potencia de transmisi(n es :JJ m< , lasensibilidad del receptor es de 2NJ dBm.


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"+ Determine la cobertura para el sistema descrito en a+inclu,endo a'ora el margen de debilitamiento.7onsiderando que en el sistema descrito en a+ lascomunicaciones en el lmite de la cobertura sone5itosas en el 3JO de los casos , que la desviaci(nestándar del debilitamiento de sombra es de P dB"encuentre lo siguiente$

I El margen de debilitamiento corrector 9σ para que lascomunicaciones en el lmite de la cobertura sean e5itosas en

el N3O de los casos.II La nueva cobertura considerando el margen de

debilitamiento encontrado en I" para el mismo sistemadescrito en a+.


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8odelo de Interiores Q&7 para

7% Ltotal ; ! < L *n+ < " lo*-+


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7% ):.P /0#+


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7%Problema

En el problema de particiones 0ltimo use

el modelo 12 para ambientes interioresde oficina para calcular la p#rdida de

paso.


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8odelo articionado ara

Edi!icios de Aerberg )7%+


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8odelo articionado ara Edi!icios

de Aerberg )7%+Problema

3tilice el 4odelo de -5erberg para estimar

la cobertura del sistema IEEE 67'.++b y gdescrito en la sección de 8ebilitamiento

de 9ombra.


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8odelo Humura20ata

)8acrocelulares+)'asta decenas dems+


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8odelo Humura20ata

Problema

8etermine la p#rdida de paso de un sistema

celular :ue opera a ;77 4&! en una ciudadgrande para una Estación %ase con una altura

de +77 metros y una Estación 4óil instalada en

un e


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8odelos 8icrocelulares )0asta

Apro5. d C : m+

d en Km, h en m, y f en GHz (0.9 a 2), d bk =4h bhm/1000λ


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Apro5. d C : m+Problema$

%etermine la p&rdida de paso entre la Estaci'n"ase la Estaci'n M'il de un sistema P*+ ,ue

opera a 1. / dentro de una ona urbana deediicios altos. La Estaci'n M'il est ubicada enuna calle perpendicular a la calle de la Estaci'n"ase. Las distancias desde la Estaci'n "ase M'il a la es,uina donde se cruan las calles sonde 20 30 metros respectiamente. La altura de la

Estaci'n "ase es de 20 metros.


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Apro5. d C : m+Problema$

*onsideremos un ambiente microcelular en la ciudadde uaa,uil con una combinaci'n de ediicios altos ba4os.

a) u*l deber=a ser el radio de una celda cubierta por unaestación base (altura +$ m) :ue opera a la frecuencia de+.; /&! y :ue transmite a una potencia de +7 m@utili!ando una antena direccional con una ganancia de $

d%iA El debilitamiento de sombra es B.$ d% y la sensibilidaddel receptor móil es C ++7 d%m -suma :ue


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8ultipaso , Doppler

La amplitud de la señal !lucta rápidamentedebido a dos e!ectos$

1. %ebilitamiento Multipaso$ La adici(n deseñales que llegan por di!erentes caminos o

pasos.2. Eecto %oppler$ 8ovimiento del transmisor"

receptor" ,o objetos alrededor. La !luctuaci(n rápida de la señal se la conoce

como debilitamiento de 5pe,ue6a escala7 (astading)" la misma que produce tasas mu, altas deerror.


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8ultipaso


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8ultipaso


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8ultipaso , Doppler

Los errores producidos por el debilitamiento depequeña escala? )!ast !ading+ pueden ser mitigadospor$

1. *'digos de control de error con interleaing(entrelaamiento)

2. Es,uemas de %iersidad1. Ecualiadores Ra8e Receier (%iersidad del 9iempo)

2. :re,uenc /opping ;:%M (%i. de :recuencia)3. !ntenas %ireccionales !daptatias (%iersidad Espacial)


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E t D l )I t i


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Espectro Doppler )Interiores2

random+


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Espectro Doppler )Interiores2

random+ En la f&ra anteror $En el literal a+ todo es estacionario , nada se

mueve alrededor.En el literal b+ el transmisor se mueve

aleatoriamente. %e puede apreciar que el espectro de la señal se

e5pande a G 0#" lo que re!leja la velocidad)espectro+ de las !luctuaciones de la señal recibida.


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Espectro Doppler )8(vil+

Esta fórm!a def"ne e! es#e$tr% &%##!er de n $ana! 'ay!e"h. &%nde f m =

vm / λ , y vm es !a e!%$"dad de! mó"!


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Espectro Doppler

El valor R8% del Esparcimiento Doppler nospermite encontrar lo siguiente$La velocidad o !recuencia de la !luctuaci(n.La duraci(n del debilitamiento )!ade+ en el

dominio del tiempo.

La velocidad , duraci(n de los debilitamientos

son mu, importantes para el diseño dereceptores con esquemas de control deerrores e interleaving.


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Esparcimiento de Retrasos de

8ultipason pulso transmitido llega por

mltiples caminos o pasos con

di!erente potencia" !ase , retrasosde llegada.

En el dominio de la !recuencia la

respuesta no es constante , su!rede pro!undos debilitamientos de!recuencia de un modo selectivo.


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8ultipaso%i el esparcimiento de retrasos de

multipaso es más grande que laduraci(n del smbolo transmitido" laseñal recibida se esparce?" !iltra" ointer!iere sobre smbolos vecinosproduciendo Inter!erenciaIntersimb(lica? )I%I+.


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8ultipaso


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8ultipaso na regla general es que se pueden soportar

velocidades de transmisi(n in!eriores al anc'o

de banda co'erente )co'erence band-idt'+. El anc'o de banda co'erente es

apro5imadamente$ :)3τrms+

El anc'o de banda co'erente es el rango de

!recuencias que pueden pasar por el canal sin

distorsi(n.


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8ultipaso Los retrasos de esparcimiento R8% varan

dependiendo del tipo de ambiente. En ambientes interiores residenciales puede

llegar a ser tan pequeño como ;J ns. En ambientes urbanos macrocelulares está en

el orden de unos pocos microsegundos.

or lo que la má5ima velocidad soportada enambientes interiores es de G.S 8bps );J ns+ ,en ambientes e5teriores 3J bps )@ µs+.


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8ultipaso ara combatir la inter!erencia intersimb(lica)I%I+ , soportar ma,ores velocidades detransmisi(n tenemos entre algunos

mecanismos de mitigaci(n los siguientes$1. Ecualiaci'n (%iersidad de 9iempo)

:. &rata de cancelar el e!ecto del esparcimiento de retrasomultipaso en el receptor.

2. !ntenas %ireccionales (%iersidad Espacial)

:. Reduce el nmero de componentes multipaso3. ;:%M (%iersidad de :recuencia)

:. sa mltiples sub2portadoras que transmiten a bajasvelocidades reduciendo I%I.


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8ultipaso , Doppler

El espectro Doppler produce undespla#amiento en la !recuencia de la señaltransmitida.

El despla#amiento de !recuencia se traducecomo un cambio en la !ase de la señal recibida.

Las di!erentes componentes multipaso

entonces llegarán con di!erente !ase" lo quea!ecta la amplitud de la señal recibida.


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8ultipaso , Doppler

La %istribuci'n Raleig


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roblema de Retrasos

8ultipaso Problema$ Con%-ere el %&ente

$anal -e "an-a an$@a &e %e -e%$r"e

en la ta"la !o%tra-a a $ontn&a$5n:


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roblema de Retrasos

8ultipasoa+ 7raf&e el e%)e$tro -e retra%o% -e )oten$a-el $anal/

"+ En$&entre el e%)ar$!ento -e retra%o% en

e$e%o/ $+ Cal$&le el retra%o )ro!e-o -+ Cal$&le el retra%o RMS

e+ Cal$&le el An$@o -e Ban-a Co@erente f+ S el %%te!a tran%!te a 12 ")%> e%te$anal )o-rá %er &tl9a-o Por&,

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