Lecture 14 radioenlaces terrenales servicio fijo p5

Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES
Conferencia 14: Radioenlaces terrenales
del servicio fijo
Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTM
Profesor 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

Umbral y Margen Bruto de Desvanecimiento
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
 bs
b
r RfkT
n
e
pth 0
0
min, 






En decibelios:   HzdBmbpsRdBFdB
N
E
dBmTh 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 (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.
3
33 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 1
Para 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 6
103 Th
)(88.843 teóricoumbraldBmTh 

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 2
En 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 6
103 Th
)(84.723 teóricoumbraldBmTh 

Indisponibilidad de un radioenlace
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
TTT
U 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
inddis
ind
TTT(%)
T
T
U 
 100
Disponibilidad del RE

Evaluación de la indisponibilidad
)(NUE
)(VU p)(LU
:)(LU Indisponibilidad total de la ruta/trayecto de longitud L
Indisponibilidad del equipo  secciones de conmutación:)(NUE N
:)(VU p Indisponibilidad de propagación  vanosV
Efecto 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

Evaluación de la indisponibilidad de Equipos
 La indisponibilidad de equipos es:


N
i
siE 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 repetidores
U 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:
 

/exp
1
)( ttp 
 /exp)()( 00
0
tdttpttp
t
 

      1
2
1
1
1 
 MTBFMTBFMTBF

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 q
MTTRMTBF
MTTR
Ui 


MTBFMTTRq /
  1
1
200
(%)2










N
i mq
N
NM
M
U
 2
2
1200
(%)2 mq
M
M
Ui 




 

MTBFMTTR

Evaluación de la Indisponibilidad de Propagación
 
dBpAAM p
p
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
0
01.0
/1 dd
d
A

 
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
M
max010 dA . 

Evaluación de la Indisponibilidad: Equipos+Lluvia
%100x
MTBF
MTTR
UE 
 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

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 p
p
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:
 2
01.0
3
log043.0log546.0
12.0
log pp
A
M







x x2

Evaluación de la indisponibilidad de radioenlace
 Ejemplo
Se 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/h
kV = 2.778
V = 0.9421
Th3 = -83dBm
Gr = 40 dB
Ltr = 0.5 dB
f = 38 GHz
o = 0.036 dB/Km
w = 0.0847 dB/Km
 Visión directa
 Despejamiento suficiente
 Polarización Vertical
MTTR = 5h
MTBF = 50.000h
Determine la indisponibilidad del vano y verifique si cumple los objetivos de ITU-R.

Evaluación de la indisponibilidad de radioenlace
 Solución:
%01.0%100
000.50
5
%100x 
MTBF
MTTR
UE
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 A
6.2135 32015.0
0
01.0
 
ddddcomo eff  0
     
dBp p
12.04.363.35 log043.0546.0 


Evaluación de la indisponibilidad de radionelace
4. Igualando atenuación por lluvia con Margen M3:
 2
log043.0log546.0
)12.0()4.36(
3.35
log 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
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
10
0
3
10
M
TPTT Ppp








 2
2
2)1(
s
m
bTS
T
kpCp


  5.1
/22/2/
 

,TSTP
pppTT

(%)10010 10
0 
 eM
TT Pp
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.
o Consiste en calcular directamente el pTT de la misma forma que se calcula pTP.
 Para pTP tenemos: (%)10010 10
0
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 10
0
10
0
3 eM
TS
M
TSTPTT PpPppp



Margen Neto de Desvanecimiento
 Despejando el margen neto, Me, de la expresión anterior:








 10
0
103
3
10
(%)
1log10
M
TS
e
P
p
MM
 Siempre se cumple que M3 > Me .
 Si M3   Me  M3.
 Si M3   entonces:








TS
e
M p
P
M
(%)
loglim 0
10
3

 Ejemplo
Se 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.

 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 CBs
B
T
K 


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  3
103.63.6 







 2
2
32.4
s
m
TS
T
kp



nsegseg
MbpsR
M
R
T
bs
s 57.2802857.0
140
16loglog1 22
 
Determinamos Ts como:
Hallamos la signatura con los datos anteriores:
    20/18
3
2
20/
2
20/
10
103.6
)02857.0(
361010 





















 CC BsBs
s
T
W
T
WTk

587.0k
  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 5580
50
42
70
31








Sustituyendo valores tenemos que pTS es:
    %00696.0%100
57.28
558.0
587.0072.032.4
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:
dBMe 2910
27
00696.0
1log1030 10
30
10 








%0339.0(%)1001027.0 10
29


TTp

kmLESR(%) 280%036.0 
kmL.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 5
Sección 5.18
• Lectura Recomendada
• Ninguna.

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