6. Modelos de propagación y de canal
6.1. Modelos de propagación
6.1.1. Modelos de propagación recomendados por la UIT
Rec. UIT-R P.1411-8
Se trata de una Recomendación de la UIT [53] que proporciona directrices sobre el modelado de la propagación de corto alcance en exteriores en la gama de frecuencias comprendida entre 300 MHz y 100 GHz. Facilita además información sobre modelos de pérdida de trayecto para entornos con visibilidad directa (LoS) y sin visibilidad directa (NLoS), pérdidas de penetración en edificios, modelos multitrayecto para la propagación entre calles y por encima de los tejados, así como características de polarización y de desvanecimiento.
Esta Recomendación se basa en la definición de distintas categorías de trayectos en función del nivel de la ubicación de las estaciones base y en la identificación de tipos de entorno, según la densidad, las estructuras y las alturas de las construcciones. En cuanto al tipo de trayecto se refiere, son tres niveles los considerados para la localización de las estaciones base: por encima de los tejados, por debajo de los tejados y por encima del nivel de la cabeza y por último, al mismo nivel o por debajo del nivel de la cabeza. Esto deriva en seis tipos de enlaces ya que pueden ser LoS o NLoS. Además, se distinguen cinco tipos de entorno con su consiguiente influencia en la propagación. Por ello, acorde a la combinación de ambos factores y sus diferentes casos, aparecen definidos una serie de modelos de propagación. Sin embargo, actualmente se encuentran limitados ya que alcanzan frecuencias, mayormente, de hasta los 5-6 GHz, con la excepción del modelo para cañones urbanos que se extiende hasta los 16 GHz. Aun así, se encuentran aún lejos de las bandas de interés dentro de las ondas milimétricas y será necesario esperar a ver si futuras versiones de la Recomendación incluyen modelos para frecuencias más altas. Los modelos de cañón urbano propuestos por la Recomendación se recogen a continuación.
Pérdidas de trayecto para situaciones LoS y frecuencias superiores a 10 GHz. Para este escenario las pérdidas de trayecto con antenas direccionales, cuando los ejes de puntería de las antenas están alineados vienen dadas por la ecuación (1).
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L
𝐿𝑜𝑆(𝑓, 𝑑)[dB]
= 𝐿
0(𝑓, 𝑑
0)[dB] + 10 · 𝑛 · log
10(𝑑
𝑑
0)
+ 𝐿
gas[dB] + 𝐿
𝑙𝑙𝑢𝑣𝑖𝑎[dB]
Donde n es el exponente de pérdidas en el trayecto, d es la distancia entre TX y RX, L0 es la expresión de espacio libre para una distancia de referencia d0. Por
su parte, Lgasy Llluvia son las atenuaciones debidas a los gases atmosféricos y a la
lluvia que pueden calcularse a partir de la Recomendación UIT-R P.676 y la Recomendación UIT-R P.530, respectivamente. La Recomendación proporciona valores del exponente n de pérdidas de trayecto para algunas frecuencias como por ejemplo 28 y 60 GHz siendo su valor de 2.21 y 1.9 respectivamente.
Pérdidas de trayecto para situaciones NLoS y frecuencias entre 2 y 16 GHz. En este caso la Recomendación provee un modelo de pérdidas para escenarios del tipo cañón urbano, que fue desarrollado en base a medidas en el rango de frecuencias de 2 a 16 GHz, y que ha sido utilizado en varias aplicaciones como un estándar. La ecuación del modelo es la siguiente:
L
𝑁𝐿𝑜𝑆(𝑓, 𝑑)[dB] = L
𝐿𝑜𝑆(𝑓, 𝑑)[dB] + 𝐿
c[dB] + 𝐿
𝑎𝑡𝑡[dB]
Donde LLoS son las pérdidas de trayecto para el caso LoS, Lc son las pérdidas en
esquina y Latt son las pérdidas de la región NLoS, siendo las expresiones a su vez
de las pérdidas en esquina (3) y de la región NLoS (4) las siguientes:
L
𝑐[dB]
=
{
𝐿
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟· log
10(𝑥
2−
𝑤1 2)
log
10(1 − 𝑑
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟)
,
𝑤
12
+ 1 < 𝑥
2≤
𝑤
12
+ 1 + 𝑑
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟𝐿
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟, 𝑥
2>𝑤
12
+ 1 + 𝑑
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟L
𝑎𝑡𝑡[dB]
= {10 · β · log
10(
𝑥
1+ 𝑥
2𝑥
1+
𝑤1 2+ 𝑑
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟), 𝑥
2>𝑤
12
+ 1 + 𝑑
𝑐𝑜𝑟𝑛𝑒𝑟0, Otros
Donde para Lcorner, dcorner y β se sugieren por el modelo los valores 20 dB, 30
metros y 6, respectivamente, para un entorno urbano.
(1)
(2)
(3)
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Rec. UIT-R P.1238-8
En esta Recomendación [54] se proporciona orientación sobre la propagación en interiores en la gama de frecuencias de 300 MHz a 100 GHz, y se brinda información sobre los modelos de pérdida de trayecto, los modelos de dispersión del retardo, los efectos del diagrama de radiación de antena y de la polarización, los efectos de la ubicación del transmisor y el receptor, los efectos de los materiales de construcción, los acabados y el mobiliario, los efectos del movimiento de los objetos en la sala y el modelo estadístico en caso de utilización estática. En el caso de los sistemas radioeléctricos de interiores, la predicción de la propagación difiere en cierta medida de la que se efectúa en relación con los sistemas de exteriores, ya que en interiores la cobertura depende notablemente de la geometría de los edificios, cuyos límites afectan además a la propagación
Las degradaciones de la propagación en un canal radioeléctrico en interiores se deben principalmente a la reflexión de los objetos (incluidas paredes y suelos) y la difracción en torno a éstos dentro de las salas y el movimiento de personas y objetos en la sala, lo que puede incluir uno o ambos extremos del enlace radioeléctrico y producir degradaciones tales como la pérdida del trayecto, no sólo la pérdida en el espacio libre sino también la pérdida adicional debida a los obstáculos y la transmisión a través de materiales de construcción, y la variación temporal y espacial de la pérdida del trayecto. Para establecer una clasificación de modelos se recurre a la información que se disponga del entorno, ya que la cobertura depende notablemente de la geometría de los edificios, cuyos límites afectan además a la propagación. Teniendo esto presente se definen dentro de la Recomendación los siguientes modelos:
Modelo básico general. No diferencia en cuanto al lugar de instalación y por tanto requiere de poca información sobre el trayecto o el entorno. Su expresión es la que se muestra es (5).
L
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑓, 𝑑)[dB] = 𝐿
0(𝑓, 𝑑
0)[dB] + 𝑛 · log
10(𝑑
𝑑
0) + 𝐿
f(𝑛)
Donde n es el coeficiente de pérdidas en el trayecto, d es la distancia entre TX y RX, L0 es la expresión de espacio libre para una distancia de referencia d0 y Lf es el
factor de pérdida debida a la penetración en el suelo. Para el coeficiente n el modelo facilita valores para diferentes escenarios al igual que para factor de pérdidas, aunque para este último solo se ofrecen datos hasta 6 GHz.
Modelos específicos. Para estimar la pérdida de trayecto o la intensidad de campo, también conviene utilizar modelos específicos en cuanto al lugar de instalación. Para este cometido resultan útiles modelos para predecir la intensidad de campo en interiores basados en la teoría uniforme de la difracción y técnicas de trazado
Página | 65 de rayos. Para calcular la intensidad de campo en interiores se necesita información detallada sobre la estructura del edificio. Sin embargo, en esta Recomendación no se proporciona ninguna línea concreta a seguir para el caso de las frecuencias milimétricas y de entornos específicos.