ITU-R F 1487 SPANISH-2000 TESTING OF HF MODEMS WITH BANDWIDTHS OF UP TO ABOUT 12 kHz USING IONOSPHERIC CHANNEL SIMULATORS《使用电离信道模拟器的带宽高达12 kHz的高频(HF)调制解调器的测试》.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1487 1 RECOMENDACIN UIT-R F.1487*PRUEBAS PARA MDEMS EN ONDAS DECAMTRICAS CON ANCHURAS DE BANDA DE HASTA UNOS 12 kHz UTILIZANDO SIMULADORES DE CANALES IONOSFRICOS (Cuestin UIT-R 213/9) (2000) Rec. UIT-R F.1487 La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que las radioco

2、municaciones ionosfricas en la banda de ondas decamtricas es un medio de transmisin eficaz desde el punto de vista econmico para muchos servicios que requieren funcionamiento ms all de la lnea de visibilidad directa; b) que la simulacin de canales de propagacin ionosfricos podra reducir el tiempo y

3、los gastos empleados en el estudio y comprobacin del comportamiento de tales sistemas de servicios; c) que algunas administraciones han comunicado que existe una buena correlacin entre los resultados de las pruebas realizadas en laboratorio con simuladores y los correspondientes resultados de las pr

4、uebas efectuadas durante el funcionamiento de los mdems de datos, recomienda 1 que para simular las transmisiones ionosfricas en ondas decamtricas en sistemas de hasta unos 12 kHz, se utilicen preferentemente los mtodos descritos en el Anexo 1; 2 que se utilice el mtodo descrito en el Anexo 2 para e

5、fectuar pruebas comparativas de los mdems en ondas decamtricas; 3 que cuando se utilicen simuladores para predecir, en trminos cuantitativos, el comportamiento que puede esperarse de un determinado mdem en circuitos por ondas decamtricas, se consideren de forma provisional los parmetros de canal rep

6、resentativos indicados en el Anexo 3. ANEXO 1 Simuladores de canales ionosfricos en ondas decamtricas 1 Introduccin La propagacin por trayectos mltiples y el desvanecimiento son caractersticas tpicas de las radiocomunicaciones ionosfricas en ondas decamtricas. De ordinario, la seal transmitida se pr

7、opaga hacia el receptor por diversos modos o trayectos, mediante una o varias reflexiones en las capas E y F de la ionosfera. Como los tiempos de propagacin difieren segn los trayectos, la seal en la antena receptora puede consistir en varias componentes de trayectos mltiples dispersas en el tiempo

8、a lo largo de un intervalo de hasta varios milisegundos. La altura media de las capas ionosfrica suele aumentar o disminuir segn la hora, con lo que se producen distintos desplazamientos de frecuencia (efecto Doppler) en cada una de las componentes de los trayectos mltiples. La ionosfera tambin pres

9、enta turbulencias, lo que causa dispersin por efecto Doppler (desvanecimiento) en cada componente, y un desvanecimiento resultante de la seal compuesta recibida. Todos estos efectos producen una distorsin multiplicativa de la seal y degradan la calidad de funcionamiento de los sistemas de telecomuni

10、caciones. _ *Esta Recomendacin debe sealarse a la atencin de las Comisiones de Estudio 3 (Grupo de Trabajo (GT) 3L) y 8 (GT 8B) de Radiocomunicaciones. 2 Rec. UIT-R F.1487 Si se transmite una seal de onda continua por un enlace en ondas decamtricas, los espectros de las componentes multitrayecto rec

11、ibidas pueden tomar la forma que muestra la Fig. 1. Se observan cuatro trayectos: modo E de un salto (1E), modo F de un salto (1F), modo F de dos saltos (2F) y un modo mixto (por ejemplo, 1E + 1F). Aunque las dos componentes magnetoinicas (a y b) en el modo 1E tienen aproximadamente la misma dispers

12、in de frecuencia (tasas de desvanecimiento), sus desplazamientos de frecuencia son muy distintos, lo que permite la resolucin en frecuencia. En cada uno de los tres modos restantes, las componentes magnetoinicas tienen prcticamente las mismas dispersiones y desplazamientos y se presentan como una so

13、la. Las caractersticas de distorsin multiplicativa de corta duracin en el canal de ondas decamtricas pueden describirse en funcin de los parmetros que especifican las caractersticas de prdidas de seal, dispersin en el tiempo y dispersin de frecuencia; es decir, los diferentes tiempos de propagacin e

14、n los distintos trayectos y las intensidades de seal, desplazamientos de frecuencia y dispersiones de frecuencia en cada uno de ellos. Estos parmetros estn sometidos a cambios segn la hora del da y la estacin del ao y, en general, son diferentes segn el circuito geogrfico. 1487-01abBDCAFIGURA 1Ejemp

15、lo de espectros de potencia para las componentes multitrayectode una seal de onda continuaFrecuencia, (Hz)Espectrosdeganancia-derivacin,fi() (dB)A: Trayecto 1 (modo 1E , a y b representan divisin magnetoinica)B: Trayecto 2 (modo 1F)C: Trayecto 3 (modo mixto)D: Trayecto 4 (modo 2F)FIGURE 1 / F.1487-0

16、1 = 13 CM Para comparar la calidad de funcionamiento de dos o ms sistemas en enlaces de ondas decamtricas reales, debe comprobarse su funcionamiento simultneamente puesto que las condiciones de propagacin o del canal estn sujetas a variaciones incontrolables y no se pueden reproducir a otras horas o

17、 en otros enlaces. La utilizacin de un simulador de canal ofrece precisin, regularidad de funcionamiento, repetibilidad, disponibilidad, amplia gama de condiciones de canal y un coste ms bajo. Sin embargo, estas ventajas quedan limitadas si no es vlido el modelo de canal en que se basa el diseo del

18、simulador. La presente Recomendacin describe un modelo estacionario de canal en ondas decamtricas con dispersin gaussiana. Es vlido para su utilizacin en canales de 3 kHz y puede aplicarse a anchuras de banda de hasta 12 kHz de amplitud. Una realizacin prctica de este modelo puede funcionar en frecu

19、encias de banda base (audio) y, por consiguiente, actuar directamente a la salida de un mdem transmisor en ondas decamtricas y proporcionar seales directamente al mdem receptor en ondas decamtricas. No obstante, cuando se considera el comportamiento de los sistemas en ondas decamtricas debe tenerse

20、siempre en cuenta el efecto de otros componentes del sistema (por ejemplo, filtros de transmisin y recepcin y nivel o control de ganancia). Rec. UIT-R F.1487 3 2 Modelo de dispersin gaussiana En la Fig. 2 aparece un diagrama de bloques del modelo estacionario de canal ionosfrico en ondas decamtricas

21、 con dispersin gaussiana. Se conoce normalmente como modelo de Watterson. La seal de entrada (transmitida) se aplica a una lnea de retardo ideal y pasa a varias derivaciones ajustables, numeradas 1, 2, ., i, ., n, cada una de las cuales corresponde a un modo o trayecto de propagacin ionosfrica. En c

22、ada derivacin, la seal retardada se modula en amplitud y fase mediante la adecuada funcin de ganancia-derivacin compleja aleatoria, Gi(t). Las seales retardadas y moduladas se suman con ruido aditivo (gaussiano, atmosfrico y/o artificial) y/o con la interferencia (seales no deseadas), para formar la

23、 seal de salida (recibida). En el modelo de canal de dispersin gaussiana, cada funcin de ganancia-derivacin se define mediante la siguiente expresin: )2exp()()2exp()()(tjtGtjtGtGibibiaiai+= (1) donde los subndices a y b indican las dos componentes magnetoinicas que suelen encontrarse en cada modo o

24、trayecto. Las tildes indican que )(tGiay )(tGibson funciones muestra de dos complejos (bivariantes) e independientes procesos aleatorios gaussianos, ergdicos, cada uno de los cuales presenta un valor medio igual a cero y componentes reales e imaginarias independientes de igual valor eficaz que produ

25、cen el desvanecimiento de Rayleigh (es decir, que son funciones de dispersin gaussiana). Se incluyen los factores exponenciales de la ecuacin (1) para obtener los desplaza-mientos de frecuencia (Doppler) deseados, iay ib, para las componentes magnetoinicas en el espectro de ganancia-derivacin. 1487-

26、02XXX nG1(t) Gi(t) Gn(t)FIGURA 2Diagrama de bloques del modelo de canal ionosfrico en ondas decamtricasInterferenciaRuidoSeal de salidaLnea de retardo con derivacionesSeal de entradaFIGURE 2 / F.1487-02 = 8 CM Cada funcin de ganancia-derivacin tiene un espectro de potencia, fi(), que generalmente co

27、nsiste en la suma de las dos componentes magnetoinicas, cada una de las cuales es una funcin gaussiana de la frecuencia, , especificada de la forma siguiente: GfaGfaGfbGf9GeaGeaGebGe9+GfaGfaGfbGf9GeaGeaGebGe9=22222)(exp212)(exp21)(ibibibibiaiaiaiaiAAf (2) donde iaAy ibAson las atenuaciones de las co

28、mponentes, y la dispersin de frecuencia de cada componente est determinada por 2iay 2ib. La ecuacin (2) se ilustra en la Fig. 3a). Son seis los parmetros independientes que determinan una funcin de ganancia-derivacin y su espectro: las dos atenuaciones, iaAy ,ibA los dos desplazamientos de frecuenci

29、a iay ib, y las dos dispersiones de frecuencia 2iay 2ib. 4 Rec. UIT-R F.1487 La funcin de ganancia-derivacin que describen las ecuaciones (1) y (2) es general, en el sentido de que se aplica cuando los espectros de las dos componentes magnetoinicas son muy distintos y cuando la diferencia de sus tie

30、mpos de propagacin es despreciable. Slo se requiere uno de los dos trminos de las ecuaciones (1) y (2), en los dos casos siguientes: cuando los desplazamientos y dispersiones de frecuencia as como los espectros de las dos componentes magne-toinicas son casi iguales, y puede emplearse un trmino nico

31、con el espectro de ganancia-derivacin de la Fig. 3b); cuando las dos componentes magnetoinicas muestran una gran diferencia en los tiempos de propagacin. En este caso, deben emplearse derivaciones debidamente espaciadas de la lnea de retardo, y cada una de las dos funciones de ganancia-derivacin y l

32、os espectros correspondientes tendrn tambin un solo trmino, como se ilustra en la Fig. 3b). 1487-032ib2iaiaib2iibFIGURA 3Espectros de potencia de ganancia-derivacin en el modelode dispersin gaussianaa) Dos espectros de potencia de dispersin gaussianaFrecuenciaFrecuenciab) Un espectro de potencia de

33、dispesin gaussianaPotenciaPotenciaFIGURE 3 / F.1487-03 = 12 CM Rec. UIT-R F.1487 5 3 Modos especulares El modelo de dispersin gaussiana puede representar con precisin la mayora de los tpicos enlaces ionosfricos en ondas decamtricas. Una componente especular en modo de onda ionosfrica puede simularse

34、 fcilmente aadiendo una derivacin de retardo sin desvanecimiento con el mismo desplazamiento de frecuencia que el espectro del modo correspondiente. Por consiguiente, en la Fig. 3 las componentes especulares apareceran como funciones de delta de Dirac en ia, iby i, conforme proceda. La onda de super

35、ficie presente en un enlace corto es esencialmente sin desvanecimiento y tambin puede representarse mediante una derivacin sin desvanecimiento en el retardo de tiempo de grupo apropiado. 4 Modelos para canales en ondas decamtricas con ms de 12 kHz de anchura de banda Si bien el modelo de dispersin g

36、aussiana antes indicado ha sido validado para su utilizacin con canales en ondas decamtricas de 3 kHz, y puede ser adecuado tambin para canales de hasta 12 kHz de amplitud, en el caso de anchuras de banda mayores (es decir, anchuras de banda ampliadas entre 12 kHz y, aproximadamente, 1 MHz) su emple

37、o ya no es tan adecuado, al menos por dos razones. En primer lugar, la especificacin de un modelo para caracterizar tales canales de anchura de banda ampliada ha demostrado ser difcil debido a la falta de informacin de canal en ese rgimen. En segundo lugar, hay escasez de mdems de anchura de banda a

38、mpliada adecuados para la validacin del modelo. A pesar de las dificultades en la generalizacin, se contempla una extensin del modelo de canal de 3 kHz, basndose en la creencia de que tal modelo puede ser necesario en un prximo futuro. En consecuencia, se han emprendido estudios para tener en cuenta

39、 anchuras de banda de canal superiores a unos 12 kHz utilizando ampliaciones lgicas del actual modelo gaussiano. Aunque la lgica es generalmente defendible, se necesitan ms desarrollos y pruebas de validacin antes de recomendar un modelo general de canal de anchura de banda ampliada. Para simulacion

40、es de anchura de banda muy amplias este mtodo de ampliacin puede que no sea adecuado debido a que las condiciones de canal pueden variar dentro de la anchura de banda de transmisin. ANEXO 2 Prueba comparativa de mdems en ondas decamtricas 1 Introduccin La generalidad de la arquitectura del simulador

41、 descrita en el Anexo 1 permite simular una amplia gama de condiciones de canal ionosfrico en ondas decamtricas. Ello puede ser problemtico cuando se necesita realizar una comparacin general entre los distintos mdems en ondas decamtricas. Este Anexo describe una tcnica que utiliza una simulacin simp

42、lificada de canal en ondas decamtricas para proporcionar de forma grfica una caracterizacin completa de la calidad de funcionamiento de los mdems en ondas decamtricas. 2 Tcnica de caracterizacin del mdem La tcnica de caracterizacin utiliza una simulacin de dos modos de onda ionosfrica en ondas decam

43、tricas con desva-necimiento independiente. Se desprecia la divisin magnetoinica; es decir, nicamente se utiliza un trmino de las ecuaciones (1) y (2) del Anexo 1. Ambos modos presentan una atenuacin media igual, las mismas dispersiones y desplazamientos por efecto Doppler y estn separados por un ret

44、ardo multitrayecto. La relacin S/N se ajusta aadiendo ruido gaussiano limitado en banda. 6 Rec. UIT-R F.1487 Si bien la desviacin por efecto Doppler se mantiene fija (normalmente a un valor cero), la calidad de funcionamiento de un mdem se mide de acuerdo con un conjunto comn de criterios de prueba,

45、 tales como los que se especifican en el Cuadro 1. Para medir dicha calidad de funcionamiento del mdem se utiliza como parmetro la BER. En cada combinacin de dispersin por efecto Doppler/retardo multitrayecto se determina el valor de la S/N que produce una BER dentro de la gama aceptable (la duracin

46、 de cada prueba debe determinarse mediante el algoritmo indicado en el 6 del Anexo 3; tales duraciones de la prueba han demostrado ser satisfactorias en la prctica). Los datos resultantes pueden presentarse en un grfico tridimensional en el que los ejes ortogonales representan el valor de la S/N (ha

47、sta un mximo valor admitido), la dispersin por efecto Doppler y el retardo multitrayecto. Dentro del espacio tridimensional, el lugar geomtrico de los puntos de una BER constante constituye una superficie que indica el comportamiento del mdem en la gama de condiciones de canal probadas. CUADRO 1 Cri

48、terios sugeridos para las pruebas comparativas del mdem En general, las superficies que describen el comportamiento del mdem obtenidas mediante esta tcnica presentan una regin de funcionamiento de nivel bajo y relativamente uniforme en la cual el mdem logra el valor de BER requerido. Esta regin valle est rodeada por abruptas pendientes que llegan rpidamente al mximo valor de S/N utilizado en las simulaciones, produciendo una regin meseta en la que el mdem no puede alcanzar el criterio de calidad de funcionamiento deseado. Evidentemente, esta ltima reg