Tema 2: Factores que Afectan la Transmisión

1. Tema 2: Factores que Afectan la Transmisión Profesora Maria Elena Villapol mvillap@ciens.ucv.ve

2. Factores que afectan la transmisión LOS • La pérdida describe el decremento en la amplitud de una señal. • Factores: • Resistencia de los cables y conectores. • Diferencias entre la impedancia en los cables y conectores. • Pérdida en el espacio libre (Free space loss) • Ruido • Multi trayecto (Multipath) • Reflexión • Refracción • Difracción • Scattering • Absorción

3. Atenuación • La fuerza de la señal decrece con la distancia. • Los factores de atenuación para los medios no guiados son: • La señal recibida debe tener la suficiente fuerza para ser interpretada correctamente por el receptor. • La señal debe mantener un nivel más alto que el ruido para ser recibido sin error. • Si la atenuación es más alta a altas frecuencias causa distorsión.

4. Pérdida en el espacio Libre (Free space loss) • Es un tipo de atenuación. • Con la distancia la señal se dispersa. • Es expresada en la siguiente fórmula para antenas ideales: • Pr = potencia de la señal de la antena receptora. • Pt = potencia de la señal de la antena transmisora •  = longitud de la onda portadora • d = distancia de propagación entre las antenas • c = velocidad de la luz (» 3 * 108 m/s) d y  tienen las mismas unidades (e.g., metros)

5. Pérdida en decibelios: Pérdida en el Espacio Libre si d está en metros y f en Hz se tiene Si d está en kilómetros y f en MHz entonces:

6. Pérdida en el Espacio Libre

7. Pérdida en el Espacio Libre • Para otras antenas se tiene la siguiente ecuación: • Gt = ganancia de la antena que transmite. • Gr = ganancia de la antena que recibe. • At = área efectiva de la antena que transmite. • Ar = área efectiva de la antena que recibe.

8. Pérdida en el Espacio Libre • La fórmula anterior en decibelios es:

9. Pérdida en el Espacio Libre Tabla 1: Relación entre la pérdida en el espacio libre y la distancia entre transmisor y receptor [1]

10. Ruido • Ruido termal • Ruido de intermodulación • Crosstalk • Ruido de Impulso

11. Ruido Termal • Debido a la agitación de los electrones. • Está presente en todos los dispositivos y medios de transmisión. • No puede ser eliminado. • Particularmente significante en redes satelitales.

12. Ruido Termal • El ruido termal presente en un ancho de banda B Hz es: • k = constante de Boltzmann = 1.3803 X 10-23 J/K • T = temperatura, en kelvins (temperatura absoluta) • En decibelios-wats

13. Otros Ruidos • Ruido Ínter modulación: ocurre cuando diferentes frecuencias comparten el mismo medio. • La interferencia es causada por la señal resultante que tiene un frecuencia igual a la suma o diferencia de la frecuencia original. • Crosstalk – no deseable acoplamiento de el camino de las señales. • Ruido impulsivo – pulso irregulares • Tienen corta duración y relativa alta amplitud. • Causado por disturbios electromagnéticos o equipos con fallas.

14. Absorción • La absorción ocurre cuando un objeto disminuye la intensidad de la radiación incidente. • El vapor de agua y oxigeno contribuyen a la atenuación de las señales. • A frecuencias menores a los 15 GHz la atenuación es menor. • La lluvia y niebla causa atenuación. • El agua absorbe rápidamente las ondas electromagnéticas, así como muchas otras substancias. • La energía absorbida generalmente se transforma en calor.

15. Refracción • La refracción es la inclinación de las ondas de radio cuando pasan a través de un medio de diferente densidad.

16. Difracción • La difracción ocurre cuando la señal de radio entre el transmisor y el receptor es obstruida por una superficie que tiene irregularidades puntiagudas o una superficie desigual que producen un curvado aparente de las ondas.

17. Difracción • Este ejemplo basado en el ejemplo del charco de agua. • Considere que se coloca un ramita a través de la superficie del agua cerca del sitio donde la roca golpee el agua. • Cuando las ondas choquen con la ramita serán bloqueadas en cierto grado, pero en una lato grado, las ondas se curvarán alrededor de la misma.

18. Difracción • Las ondas se curvan alrededor de un objeto

19. Reflexión • La reflexión ocurre cuando la señal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la señal . • La reflexión ocurre de la superficie de la tierra, edificios, paredes, entre otros.

20. Scattering • Ocurre cuando la señal tropieza un cuerpo cuyo tamaño es menor que la longitud de onda de la señal y el volumen de obstáculos por unidad de volumen es larga. • Algunos ejemplos de objetos que pueden causar scattering son postes de luz, señales de tránsito.

21. Scattering • Producto del scattering la señal principal se puede destruir cuando, por ejemplo, choca con una superficie quebrada y es reflejada en muchas direcciones. • Esto puede ocurrir cuando una onda RF es reflejada al chocar con rocas, arena. • Por otro lado la señal puede ser reflejada en una pequeña escala producto del choque de la onda RF con partículas tales como las partículas de polvo pesadas. • El scattering puede ser visto como muchas pequeñas reflexiones.

22. Scattering

23. Razón de Onda Estacionaria de Voltaje (Voltaje Standing Wave Ratio (VSWR)) • El VSWR ocurre cuando hay una diferencia de impedancia (resistencia a un flujo de corriente medido en ohms) entre dispositivos en el sistema. • VSWR es entonces causado por una señal RF reflejada en un punto donde hay discrepancias de impedancias en el camino de la señal. • El VSWR causa la pérdida de retorna que es aquella definida como la pérdida de la energía a través de un sistema debido a que parte de la potencia se refleja hacia atrás hacia el transmisor.

24. Razón de Onda Estacionaria de Voltaje (Voltaje Standing Wave Ratio (VSWR))

25. Razón de Onda Estacionaria de Voltaje (Voltaje Standing Wave Ratio (VSWR)) • El VSWR es un radio que expresa la relación entre dos números como por ejemplo 1,5:1. • El segundo número es siempre 1 (no discrepancia entre impedancias). • Mientras que el primer número varía. • Mientras este sea mas pequeño es mejor menor la discrepancia de impedancias (es mejor).

26. Multitrayecto • Los obstáculos reflejan las señales causando que múltiples copias con diferentes retardos sean recibidas. • Dependiendo de las diferencias en las longitudes de las ondas directas y reflejadas, la señal compuesta puede ser más larga o más pequeña que la señal directa. • En la telefonía móvil hay muchos obstáculos. • En otros casos como satélites y microondas las antenas pueden ser localizadas donde no existan muchos obstáculos cercanos.

27. Multitrayecto : Ejemplos de Interferencia

28. Efectos del Multitrayecto: Decaimiento de la Amplitud de la señal • Es producto de las múltiples ondas reflejadas que están desfasadas con respecto a la señal principal, y cuyas amplitudes se suman a su señal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma

29. Efectos del Multitrayecto: Decaimiento de la Amplitud de la señal

30. Efectos del Multitrayecto: Corrupción • Es causado por el mismo fenómeno que el decaimiento de la amplitud de la señal pero en mayor magnitud. • En tal sentido, cuando se suman las amplitudes de las señales desfasadas con la señal principal, la amplitud de la misma puede ser enormemente reducida en vez de un poco reducida como en el caso anterior. • La consecuencia es que con la receptividad del receptor este no puede descifrar la información transportada en la señal. • Adicionalmente, la señal a ruido es usualmente baja, impidiendo que el receptor distinga entre el ruido y la información transportada por la señal. • La corrupción requiere que la data sea enviada nuevamente.

31. Efectos del Multitrayecto: Corrupción

32. Efectos del Multitrayecto: Nulling • Cuando múltiples copias de una onda reflejada llegan fuera de fase al receptor y se suman con la señal principal de forma tal que la amplitud de la señal principal es cancelada. • Cuando ocurre la cancelación (nulling) los componentes tales como le transmisor, receptor o los objetos reflexivos deben moverse ya que la retransmisión de la señal no resuelve el problema.

33. Efectos del Multitrayecto: Nulling

34. Efectos del Multitrayecto: Aumento de la Amplitud de la señal • Es producto de las múltiples ondas reflejadas que están en fase con respecto a la señal principal y cuyas amplitudes se suman a su señal principal cuando estas llegan al mismo tiempo que la misma. • Sin embargo, hay que notar que bajo ninguna condición la señal resultante que llega al receptor es más fuerte que la señal transmitida en el lado del transmisor. • Lo que si puede suceder es que, producto de la suma de estas señales reflejadas en fase con la señal principal, la señal resultante sea más fuerte que aquella generada de no haberse producido multi-trayecto.

35. Efectos del Multitrayecto: Aumento de la Amplitud de la señal

36. Desvanecimiento (Fading) • Es usado para describir las fluctuaciones rápidas en las amplitudes, fases o retardos de una señal de radio en un período corto de tiempo o distancia de viaje. • El desvanecimiento es causado por la interferencia entre dos o más versiones de la señal transmitida que llega al receptor en tiempos ligeramente deferentes. • La señal recibida denominada onda multitrayecto puede entonces variar significativamente en sus características.

37. Factores que Influencian el Desvanecimiento • Muchos factores pueden causar el desvanecimiento: • Propagación de multitrayecto. • Velocidad del usuario móvil. • Velocidad de los objetos alrededor del radio del canal.

38. Desvanecimiento: Propagación de Multitrayecto • Reflexión: ocurre cuando la señal encuentra una superficie que es larga comparado con la longitud de onda de la señal. • Difracción: ocurre en los lados de un cuerpo impenetrable que es largo comparado con la longitud de onda de la onda de radio. • Scattering: ocurre cuando la señal tropieza un cuerpo cuyo tamaño está en el orden o es menor que la longitud de onda de la señal.

39. Desvanecimiento: Propagación de Multitrayecto

40. Desvanecimiento: Efectos de la Propagación Multitrayecto • Múltiples copias de una señal pueden llegar a diferentes fases. • Las ondas de radio provenientes de diferentes direcciones llegan con diferentes retardos. • Así, la señal recibida por el usuario móvil puede consistir de un número de ondas con aleatorias características de onda que pueden combinarse vectorialmente en la antena del receptor causando distorsión o pérdida.

41. Desvanecimiento: Efectos de la Propagación Multitrayecto

42. Propagación de Radio • Onda directa • Onda terrestre • Onda reflejada • Reflexiones en la ionosfera • Refracción en un obstáculo • Efecto de la curvatura terrestre

43. Propagación de Radio

44. Mecanismos para Compensar los Errores • Corrección de Errores hacia adelante: • Basado en técnicas de detección y corrección de errores en el receptor. • Se estudiaran posteriormente. • Ecualización • Usado en contra de interferencia ínter símbolos. • Algunos métodos comprende juntar la energía de símbolos dispersos en su intervalo original.

45. Mecanismos para Compensar los Errores • Diversidad - Consiste en proporcionar múltiples canales lógicos entre el transmisor y el receptor y enviar la señal sobre cada canal. • Diversidad Espacial: • Por ejemplo, colocar múltiples antenas para recibir mensajes. • Reconstruir la señal que con mayor probabilidad se transmitió.

46. Mecanismos para Compensar los Errores • Diversidad en Frecuencia: • Dispersar la señal sobre un ancho de banda grande o • Transportarla señal usando múltiples portadoras de frecuencia. • Ver espectro disperso posteriormente. • Diversidad Temporal: • Dispersar la data en el tiempo para que el ruido afecte pocos bits.

47. Mecanismos para Compensar los Errores • Diversidad temporal (ejemplo)

48. Mecanismos para Compensar los Errores • Macro diversidad: • Uso de varios enlaces entre el móvil y estaciones fijas. • Soft handover.

49. Mecanismos para Compensar los Errores: Diversidad de Antenas • La diversidad de antenas consiste en colocar múltiples antenas, entradas y receptores para compensar las condiciones que causan el multi-trayecto.

50. Mecanismos para Compensar los Errores: Diversidad de Antenas • Diversidad de antena (no activa): es raramente usada y consiste en usar múltiples antenas en una simple entrada. • Diversidad por Conmutación: consiste colocar múltiples antenas en múltiples receptores, quienes se conmutaran basado en la fuerza de la señal recibida. • Diversidad por Conmutación de Antena: se usan múltiples antenas en múltiples entradas pero un solo receptor. La señal es recibida a través de una antena a la vez. • Diversidad de fase: ajusta la fase de la antena a la fase de la señal para mantener la calidad de la señal. • Diversidad de transmisión: consiste en transmitir de la antena última usada para recepción porque la señal recibida tuvo la mejor calidad comparado con las otras señales. Si el radio debe retransmitir una señal, alternara las antenas hasta que se realice una transmisión exitosa. Adicionalmente una unidad puede transmitir o recibir pero no ambas.