ITU-R F 1113 SPANISH-1994 RADIO SYSTEMS EMPLOYING METEOR-BURST PROPAGATION《应用流星突发通信的无线系统》.pdf

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1、Rec. UIT-R F.1113 1RECOMENDACIN UIT-R F.1113SISTEMAS RADIOELCTRICOS QUE EMPLEAN LA PROPAGACINPOR IMPULSOS METERICOS(Cuestin UIT-R 157/9)(1994)Rec. UIT-R F.1113La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT,considerandoa) que ciertos experimentos han demostrado ya la viabilidad de utilizar la banda de

2、frecuencias entre 30 y50 MHz para la transmisin mediante propagacin por impulsos metericos a distancias ms all del horizonte;b) que ya estn en servicio sistemas que utilizan este modo de propagacin para la transmisin de datos porrfagas,recomienda1. que en la aplicacin de sistemas radioelctricos basa

3、dos en la propagacin por impulsos metericos se utilicecomo orientacin la informacin contenida en el anexo 1.ANEXO 1Sistemas radioelctricos que emplean la propagacinpor impulsos metericos1. IntroduccinEl fenmeno de la propagacin por impulsos metericos, basado en las reflexiones en las estelas meteric

4、asionizadas, se describe en la Recomendacin UIT-R PI.843. Los avances recientes en materia de microprocesadores y deelectrnica digital hacen que hoy en da sea posible fabricar con un coste comercial realista un sistema decomunicaciones por impulsos metericos. En este anexo se describen dos sistemas

5、de este tipo y se presentan losresultados de las pruebas efectuadas con los mismos.2. Ejemplo de sistema de comunicacin por impulsos metericos A2.1 Descripcin del sistemaEl sistema se configura en forma de red en estrella con una estacin principal central y una capacidad de hasta1 000 estaciones dis

6、tantes dentro de la zona de cobertura de 2 000 km de radio (vase la fig. 1). El sistema utiliza unprotocolo de paquetes semidplex con transmisiones de repeticin automticas de un solo elemento, en presencia deerrores. Cada una de las estaciones distantes puede comunicar con un nmero cualquiera de otr

7、as estaciones distantes atravs de la estacin principal central.Pueden construirse sistemas ms grandes utilizando varias estaciones principales que se comunican entre smediante la propagacin por impulsos metericos en transmisiones dplex, de forma que todas las estaciones distantespuedan comunicarse e

8、ntre s a travs de combinaciones de estaciones centrales, por una serie de canales de 25 kHz.Tambin es posible construir un sistema sin estacin principal, utilizando las tcnicas de punto a punto, cuando lasestaciones distantes realizan las funciones de control. Este ltimo sistema no es flexible, sino

9、 que ha de reconfigurarsepara cualquier cambio del nmero de estaciones.2 Rec. UIT-R F.1113FIGURA 1Diagrama de bloques del sistemaEstacindistanteN. 2Estacin distanteN. 1EstacindistanteN. 3EstacinprincipalEstacindistanteN. 999Estacin distanteN. 1 000EstacindecomprobacinD01FIGURE 1/F.1113.D01 = 10 CMEn

10、 Europa se ha diseado un sistema de red con nmero mximo de funciones del sistema concentradas en laestacin principal. Se hace de esta manera para minimizar el tamao, el coste y el consumo de energa de las estacionesdistantes. La estacin principal realiza las funciones de iluminacin de la estela mete

11、rica, la sincronizacin del sistemay el encaminamiento de mensajes, aunque es transparente al usuario. Es el nico componente del sistema que requierealimentacin mediante la red elctrica.2.1.1 Caractersticas fundamentales del sistemaEl sistema descrito funciona en un modo semidplex utilizando dos frec

12、uencias alrededor de 46,9 MHz conuna sola antena polarizada horizontalmente en cada estacin. En la prctica, la antena de la estacin principal es unsistema de cuatro antenas Yagi conectadas entre s para lograr una cobertura omnidireccional. Sera posible utilizar lapolarizacin vertical si lo exigiesen

13、 razones de tipo operacional, tales como la de las estaciones mviles distantes. Eltransmisor (vase la fig. 2) tiene una potencia nominal de 500 W. Un conmutador de transmisin/recepcin permiteefectuar ciclos de llamada/escucha con una duracin aproximada de 80 ms. Este ciclo alternado de 40 ms en llam

14、ada y40 ms en escucha, se utiliza para iluminar las estelas metericas, y se le conoce como prueba. Las transmisiones deprueba pueden depender de la prioridad en el sistema. La modulacin del transmisor de la estacin principal tiene unamodulacin con desplazamiento de fase (MDP) binaria de ndice reduci

15、do ( 30) para minimizar la interferencia de loscanales adyacentes. La sincronizacin de las estaciones distantes se logra con la codificacin Manchester de la seal delreloj en los datos.Las estaciones distantes transmiten con una modulacin MDP de ndice elevado ( 90) para que haya unaposibilidad mxima

16、de deteccin por parte de la estacin principal. Se aplican dos protocolos, uno para la adquisicin dedatos y el otro para la comunicacin. En funcionamiento normal, la estacin principal enva palabras de prueba y verificalas seales recibidas para validar los elementos de datos procedentes de una estacin

17、 distante (vase la fig. 3). En cuantose encuentra un segmento vlido se retransmite un acuse de recibo a la estacin original distante. Al mismo tiempo, seefecta una verificacin en la memoria de un computador para ver si se han dirigido otros segmentos a dicha estacindistante, y en caso afirmativo el

18、primer segmento del mensaje de retorno se adjunta al acuse de recibo. Si se retransmiteun segmento de esta manera, se busca un acuse de recibo en la estacin distante. En todos los casos, si no llega el acusede recibo se repite el segmento hasta lograrlo.Rec. UIT-R F.1113 3FIGURA 2Estacin principalCo

19、nmutadorT/RReceptor TransmisorUnidad dediscoComputadorFuentede alimen-tacinMdemConsolade laestacinA la estacin decomprobacinD02FIGURE 2/F.1113.D02 = 14 CMEl sistema se controla mediante un monitor conectado a la estacin principal por radio o por lnea terrestre.Esta conexin permite instalar el monito

20、r en las oficinas de la administracin al tiempo que permite que la estacinprincipal est alejada en una ubicacin ideal con bajo ambiente de ruido. El monitor del sistema verifica elcomportamiento general y almacena todos los datos transmitidos, de forma que los usuarios pueden obtenerlos delmonitor e

21、n lugar de recibirlos en tiempo real.En este sistema se optimiza una estacin distante de adquisicin de datos, en trminos de consumo de energa yfuncionamiento fiable, en condiciones tpicas desde 30 C a +60 C. El ciclo de trabajo del transmisor de 100 W selimita a 1%. El receptor tiene una sensibilida

22、d de 118 dBm y hay un almacenamiento intermedio para los paquetes dedatos o para los mensajes de texto breve (vase la fig. 4).Se optimiza un segundo tipo de estacin distante de comunicaciones, en trminos de velocidad mxima detransferencia de informacin, que es funcin de la relacin seal/ruido. El cic

23、lo de trabajo del transmisor de 300 W selimita a 10%. El receptor tiene una sensibilidad de 121 dBm y hay un almacenamiento intermedio con una capacidad dehasta 20 koctetos de memoria (vase la fig. 5).El protocolo de comunicacin utiliza la diversidad espacial y temporal naturales de las estelas mete

24、ricas paraatender automticamente a una agrupacin mxima de 1 000 estaciones distantes. Cuando se presenta un trayecto seenvan datos y acuses de recibo durante un mismo acontecimiento. Las cadenas de datos largas requieren variosacontecimientos y una recombinacin en el receptor. El texto se transmite

25、en una serie de segmentos a los que se daacuse de recibo al final del mensaje. Es posible observar continuamente la relacin seal/ruido y modificar de formaadaptable la velocidad de datos entre 2 kbit/s y 64 kbit/s para maximizar el caudal.4 Rec. UIT-R F.1113FIGURA 3Protocolo tpico de intercambio de

26、datos por rfagas metericas1.2A.2B.2C.La estacin principal transmite y escucha alternativamente2. La estacin principal recibe mensajes de las estaciones distantesLa estacin distante tiene un mensaje para enviar y su receptor escucha la llegada de la seal de pruebaMensaje de la estacin distante (Longi

27、tud mayor 24 octetos)Escucha Prueba Escucha Prueba Escucha Prueba Escucha Prueba EscuchaEscucha Prueba Escucha EscuchaAcusereciboEscucha Prueba Escucha Acuse reciboEscucha Segmento de datos de 24 bytes EscuchaEscucha Segmento adicional EscuchaSi todos los mensajes no pueden enviarse en un acontecimi

28、ento meterico, los mensajes o partes de mensajesrestantes se almacenan hasta el prximo acontecimiento que aparezca.Escucha Prueba Escucha Segmento de datos de 24 bytes Escucha (Segmento adicional)3A.4A.4. La estacin principal escucha a la distante pero no hay cola de datos en ninguna de ellasLa esta

29、cin distante recibe mensajes de la principal3. La estacin principal enva mensajes a las estaciones distantesEscucha PruebaEscucha Acuse reciboEscucha Prueba Escucha PruebaSin texto Escucha EscuchaAcuse reciboEscuchaLa estacin distante escucha a la principal pero no tiene datos para enviarEscucha Sin

30、 texto EscuchaD03EscuchaFIGURE 3/F.1113.D03 = 3 CM PLEINE PAGERec. UIT-R F.1113 5FIGURA 4Estacin tpica de adquisicin de datosConmutador T/RReceptor TransmisorMicroprocesador decomunicacionesMicroprocesadorde adquisicinde datosTerminal deoperadorAcondicio-namiento de sealSealesprocedentesde los senso

31、resControl en direccin de la plantaD04FIGURE 4/F.1113.D04 = 12 CMFIGURA 5Estacin tpica de comunicacin de texto y datosConmutador T/RReceptor TransmisorMicroprocesador de comunicacionesMicroprocesador detratamiento detextoConsola deoperadorD05Puerto auxiliarde datos serieFIGURE 5/F.1113.D05 = 11.5 CM

32、6 Rec. UIT-R F.11132.1.2 Sensibilidad al ruido de los sistemas por impulsos metericosSe ha demostrado que los enlaces por rfagas metericas son relativamente poco afectados por lasperturbaciones atmosfricas tales como las Auroras Boreales. En el caso ideal, el comportamiento de un sistema queutiliza

33、la propagacin por rfagas metericas estara limitado nicamente por el ruido galctico. Por tanto, ha dedisearse el receptor para que decodifique seales cuya magnitud es comparable a la del ruido galctico. En la prctica,hay tambin ruido artificial que a menudo es transitorio y muy grande en comparacin c

34、on el ruido galctico. Por estemotivo, el receptor tiene que tener una amplia gama dinmica y algn tipo de proteccin para evitar los efectos desaturacin de las crestas de alta energa.2.1.3 Diseo y utilizacin: variacin en funcin de la frecuenciaEl sistema puede funcionar a cualquier frecuencia comprend

35、ida entre 20 y 120 MHz, siempre que no estpresente una ionizacin regular. El alcance llegara hasta 1 600 km utilizando las estelas ionizadas de los meteoros a80-100 km por encima de la Tierra. La gama de frecuencias preferida es de 40 a 50 MHz para maximizar el ciclo detrabajo de informacin.2.2 Resu

36、ltados de pruebas2.2.1 Resultados de operacionesEl funcionamiento obtenido en la red europea para todas las distancias ha sido mejor de lo previsto en lamayora de los modelos de computador publicados. Las diferencias mayores se presentan en distancias cortas en las quelas velocidades de datos obteni

37、das han llegado hasta cinco veces los valores previstos. Las experiencias realizadas en lasIslas Britnicas han demostrado que se logra una comunicacin fiable para todas las distancias comprendidas entre 0 y1 600 km. El sistema se utiliza para tomar mediciones en puntos alejados y enviar regularmente

38、 los datos resultantes a lacentral. Tpicamente, se envan ocho muestras de 12 bits desde cada ubicacin distante durante cada intervalo de 15 min.En ensayos realizados en diciembre y enero de los aos 1986 a 1989 se establecieron ocho estaciones distantesde baja potencia para adquisicin de datos, envia

39、ndo datos con intervalos de 5 min mediante enlaces por rfagasmetericas, con distancias de 1 520, 1 040, 816, 608, 464, 256, 141 y 24 km. Todos los datos se recibieron satisfactoria-mente a lo largo del periodo de pruebas en el intervalo de 5 min, antes del envo de los datos siguientes.2.2.2 Efectos

40、observados relativos a la sensibilidad a la interferencia y al ruidoLa experiencia en Europa muestra que el nico factor significativo para determinar la calidad de un enlace porrfagas metericas es el nivel de la interferencia en la banda, en el emplazamiento de la estacin. Otros servicios en esagama

41、 de frecuencias utilizan propagacin con visibilidad directa. Los efectos de la interferencia pueden reducirse amenudo girando o modificando el ngulo de elevacin de la antena con respecto a su posicin normal. Una antenagiratoria de haz ancho y baja ganancia permite utilizar una gran zona de cielo; se

42、 pueden efectuar variaciones de ngulosde antena de hasta 25 en cualquier plano con poco efecto sobre la calidad de funcionamiento del enlace. Hay quesealar que la tcnica de las rfagas metericas se puede aplicar con una relacin seal/ruido pequea, con lo que semantiene la integridad del enlace, aunque

43、 con una velocidad de datos inferior.2.2.3 Variacin observada en funcin de la frecuenciaEl sistema descrito utiliza un solo par de frecuencias alrededor de 46,9 MHz; por tanto, no se cuenta todavacon datos operacionales sobre la variacin en funcin de la frecuencia.3. Ejemplo de sistema de comunicaci

44、n por impulsos metericos B3.1 Descripcin del sistemaPruebas de un sistema de transmisin de datos por canal meterico se efectuaron en Francia durante el primersemestre de 1988, con un enlace punto a punto entre dos estaciones fijas situadas a 350 km una de otra, y a todas lashoras del da y de la noch

45、e.Rec. UIT-R F.1113 7ETD ETCDT/RDecam-tricasAAT/RDecam-tricasETCD ETDConmutacin T/R Conmutacin T/RFIGURA 6Diagrama de bloques del enlaceD06FIGURE 6/F.1113.D06 = 9.5 CM El bloque DCE realiza las funciones de modulacin MDF y de sincronismo (mdem radio). El bloque DTE realiza las funciones de comunicac

46、in, codificacin y tratamiento de datos.El mensaje emitido se estructura en un formato de bloques. Estos bloques son de dos tipos: bloque de cabecera (un bloque por mensaje), bloque de datos (nmero dependiente de la longitud del mensaje).La codificacin utilizada se aplica por bloques, segn un cdigo d

47、e correccin de errores de Reed-Solomon(23,13) que puede compensar proporciones de errores de hasta 5%.La velocidad binaria utilizada es de 16 kbit/s; los caracteres se componen de 6 bits.El procedimiento es de tipo semidplex efectundose una retransmisin con parada y espera (repeticin delos bloque no

48、 recibidos, nicamente).Las pruebas se efectuaron: con varios niveles de potencia del transmisor: 1 kW 200 W 100 W, algunas pruebas a 50 W a diferentes frecuencias: alrededor de 40 MHz para diferentes tamaos de mensajes: 900 500 250 100 50 10 caracteresSe utilizaron antenas Yagi de 5 elementos con polarizacin horizontal, cuyo diagrama permite iluminar toda lazona de cobertura de gran concentracin de meteoros.Estas antenas estn especialmente bien adaptadas para este tipo de transmisin; tienen una ganancia de 9,5 dBi.3.2 Resultados de las pruebasSe efectuaron los tres tipos