Comunidad

01 de octubre de 2012 | por: EADIC | 0 comentarios

Redes de Telecomunicaciones Móviles (2G, 3G, HSPA+, LTE…)

Una vez más, volvemos a ofrecerte una pizca de conocimiento… Esta vez descubriremos juntos cómo funcionan las redes móviles en sus aspectos más básicos. Este fragmento pertenece al tema 1 del curso de Redes de Telecomunicaciones Móviles (2G, 3G, HSPA+, LTE…) que da comienzo el día 17 de octubre.

Redes de Telecomunicaciones Móviles

La antena es el elemento radiante responsable de convertir la señal eléctrica en radioeléctrica, y viceversa. Continúa siendo un elemento crítico que suele marcar la diferencia entre buenos y malos equipos móviles (funcionamiento en condiciones de baja cobertura)…

La fabricación de terminales móviles cada vez más pequeños, así como la exigencia de soportar multitud de bandas de frecuencias muy diferentes (para soportar diferentes tecnologías y poder funcionar en roaming en diversas áreas geográficas), hace del diseño de estos elementos una pieza clave.

Comprender su funcionamiento y su diseño exige de unos bases muy fuertes en electromagnetismo, por lo que nos centraremos en un enfoque puramente práctico.

 

Diagrama de Radiación

El diagrama de radiación de una antena es una representación gráfica de sus propiedades de radiación en las distintas direcciones del espacio.
La antena se sitúa en el origen de coordenadas.
Generalmente se sitúa el campo eléctrico (a veces, la potencia recibida) tomando como referencia el valor máximo (0 dB).

Redes de Telecomunicaciones Móviles

Redes de Telecomunicaciones Móviles

Ancho de haz: Margen angular con ganancia mitad (3dB) en lóbulo principal.

Relación de lóbulo principal a secundario: Diferencia (en dB’s) entre el valor máximo del lóbulo principal y el valor máximo del lóbulo secundario.

Relación delante-atrás: Diferencia (en dB’s) entre el valor de máxima ganancia y la ganancia en la misma dirección y sentido opuesto.

 

Ganancia de una antena:
–Es el parámetro principal que la define: G(dB)
–PIRE: Potencia Isotrópica Radiada Equivalente

•Producto de la potencia entregada a la antena por su ganancia (máxima)
– pire (W) = Pt (W) * g (unidades naturales, dirección de máxima ganancia)
– PIRE (dBm) = Pt (dBm) + G (dB)

•Existe una relación entre el campo eléctrico radiado y el PIRE:

Redes de Telecomunicaciones Móviles–E (dBu) = 104,8 + PIRE (dB/KW) [en unidades logarítimicas]

 

  • Impedancia de la antena

–Resistencia eléctrica equivalente de la antena

 

  • Expresada en ohmnios, Ω)

–Valor típico: 50 Ω
–Pueden existir pérdidas por desadaptación de antenas (diferentes impedancias a la entrada y la salida de la antena)

 

  • Polaridad de la antena

–Las ondas electromagnéticas (emitidas por las antenas) se caracterizan por la “orientación” del vector de campo eléctrico
–La antena produce una polarización determinada
–Tipos posibles

  • Polarización Horizontal: el vector de campo eléctrico se haya en el plano horizontal
Redes de Telecomunicaciones Móviles
  • Polarización Vertical: el vector de campo eléctrico se haya en el plano vertical
Redes de Telecomunicaciones Móviles
  • Polarización Circular: el vector de campo eléctrico describe un círculo
Redes de Telecomunicaciones Móviles
 

•Podríamos definir el enlace radioeléctrico como el conjunto de elementos (transmisión, canal, recepción) que forman toda comunicación por ondas electromagnéticas

•Potencia recibida
–Def: “potencia disponible en una antena adatada”
–Puede calcularse

Redes de Telecomunicaciones Móviles–Donde:
•Ф: Densidad de flujo de potencia
•Seq: Superficie equivalente de recepción
•e: Intensidad de campo eléctrico
•λ: Longitud de onda de la EM

–O en unidades más prácticas:
•Pr (dBW) = E(dBu) – 20log f(MHz) – 107,2 + Gr (dB)

Fórmula de Friis

–Se trata de caracterizar las pérdidas de propagación en el canal

Canal, en nuestro caso es el medio físico, el aire habitualmente

–Consideramos antenas isotrópicas (ganancia igual a la unidad, o lo que es lo mismo, no las consideramos)

–Así las pérdidas de propagación son el cociente:

Redes de Telecomunicaciones Móviles

–O bien:
•Pt (dBm) – Pr (dBm)

–En espacio libre (f = free space), se puede demostrar que:

 

Redes de Telecomunicaciones Móviles

•Fórmula de Friis

–O en unidades más prácticas
•Lbf (dB) = 32,45 + 20log f(MHz) + 20log d(Km)
•Lbf (dB) = 92,45 + 20log f(GHz) + 20log d(Km)

–Pero generalmente (salvo comunicaciones espaciales) no tenemos espacio libre:

•Aire

•Obstáculos

•Multitrayectos

–Se añade una atenuación adicional:

Redes de Telecomunicaciones Móviles–O más cómodo:

Redes de Telecomunicaciones Móviles

•Un sistema de radiocomunicación, al igual que la mayoría de los sistemas de telecomunicaciones, sigue un modelo energético de balance de potencias.
–En él, cada uno de los elementos del modelo van sumando ganancias y restando pérdidas
–Por operatividad, se realiza en unidades logarítmicas de potencia (dBm, dB)
–Se representa como un diagrama de bloques en el que se distinguen tres partes diferentes:

•Bloque trasmisor: responsable de la codificación y transmisión de la señal radioeléctrica

•Canal: medio físico a través del cual se transmite la señal radioeléctrica

•Bloque receptor: responsable de la recepción y decodificación de la señal radioeléctrica

•Seguiremos el siguiente esquema de bloques:

Redes de Telecomunicaciones Móviles

 

Bloque Transmisor:

Redes de Telecomunicaciones Móviles

• Pérdidas:

• Ltt: Pérdidas en los circuitos terminales de TX. Debidas al alimentador de la antena, multiplexores
• Lat: Pérdidas en la antena de TX (antena real). La antena en el diagrama la consideramos ideal (sin pérdidas). Debidas a elementos disipativos en la antena

Ganancias:
• Gt: Ganancia de la antena (ideal)
• Potencias:
• Pet: Potencia entregada por el transmisor
• P’t: Potencia entregada a la antena real
• Pt: Potencia (ficticia) entregada a la antena ideal
• PIRE: Potencia “radiada” en la dirección hacia el receptor

 

Bloque Receptor:

Redes de Telecomunicaciones Móviles

• Pérdidas:
• Lar: Pérdidas en la antena real. Debidas a pérdidas de acople, elementos disipativos, etc
• Ltr: Pérdidas en los circuitos terminales de RX. Debidas a multiplexores (MX), conversores de frecuencia, etc

• Ganancias:
• Gr: Ganancia de la antena (ideal)

• Potencias:
• Pr: Potencia recibida en boca de antena (ideal)
• P’r: Potencia recibida en boca de antena (real). Incluye pérdidas de acoplo, disipaciones, etc
• Pdr: Potencia entregada a la última fase del receptor (decodificador)

 

Canal:

Redes de Telecomunicaciones Móviles

• Pérdidas:
• Lb: Pérdidas debidas a la transmisión por el medio físico (generalmente el aire en comunicaciones móviles). Se tienen en cuenta multitud de factores para el cálculo de su valor (se verá en detalle en el tema de radiopropagación)
•Lbf: Son las pérdidas en espacio libre. Las pérdidas reales (Lb) siempre serán superiores a este valor.

•Potencias:
•PIRE: Potencia (ficticia) “radiada” en la dirección de apuntamiento de la antena. Es el producto de la potencia entregada y la ganancia de la antena en TX

 

El Ruido

•El ruido puede definirse como una perturbación radioeléctrica (en este caso) de carácter aleatorio que limitan la calidad de un sistema radioeléctrico

•Fuentes de ruido:

–Naturales:
•Externas: producidas por elementos naturales externos como lluvia, gases atmosféricos, suelo, etc)
•Internas: provocadas por los circuitos internos del receptor (fundamentalmente) => Tiene una densidad espectral plana

–Artificial:

Derivado de actividades industriales (estaciones eléctricas, vehículos, fuentes de alimentación, etc) => No tiene una densidad espectral plana, sino que suele disminuir al aumentar la frecuencia
•Se suele caracterizar como ruido térmico (aleatorio, con densidad espectral de potencia uniforme, independiente de la frecuencia)…

 

Si quieres seguir leyendo y poder descargarte la monografía completa te damos acceso a nuestro fichero monográfico AQUÍ.

Comentarios

Deja tu comentario

You must be logged in to post a comment. So log in!

EADIC Blog