ITU-R F 1704 SPANISH-2005 Characteristics of multipoint-to-multipoint fixed wireless systems with mesh network topology operating in frequency bands above about 17 GHz《运行在17 GHz以上频.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1704 1 RECOMENDACIN UIT-R F.1704 Caractersticas de los sistemas inalmbricos fijos multipunto a multipunto con topologa de red en malla que funcionan en bandas de frecuencias superiores a unos 17 GHz (Cuestin UIT-R 107/9) (2005) Cometido La presente Recomendacin proporciona directrices

2、sobre la configuracin y las caractersticas del sistema de los sistemas inalmbricos fijos (FWS) multipunto a multipunto (MP-MP) con topologa de red en malla que funcionan en las bandas de frecuencias superiores a 17 GHz. El Anexo analiza la mejora de la disponibilidad y la reduccin de la potencia tra

3、nsmitida, as como el efecto de la diversidad de rutas y las funciones necesarias para los sistemas MP-MP. La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que los FWS funcionan en varias bandas de frecuencias superiores a 17 GHz; b) que las administraciones estn introduciendo varias tcn

4、icas para la utilizacin de estas frecuencias; c) que las caractersticas de la propagacin radioelctrica por encima de unos 17 GHz vienen determinadas fundamentalmente por los fenmenos de desvanecimiento y absorcin debidos a la precipitacin y son slo adecuadas para aplicaciones de sistemas radioelctri

5、cos de corto alcance en pases afectados por la lluvia (vase la Recomendacin UIT-R P.837); d) que es bien sabido que las caractersticas de la propagacin radioelctrica en estas frecuencias difieren en algunos aspectos de las de frecuencias ms bajas y que algunas de estas diferencias pueden ser explota

6、das ventajosamente por ciertos tipos de sistemas; e) que el diseo de los equipos puede diferir del que se utiliza en bandas de frecuencias ms bajas; f) que se estn utilizando nuevas aplicaciones y configuraciones de red en instalaciones de alta densidad de FWS que funcionan en bandas de frecuencias

7、superiores a unos 17 GHz; g) que la elevada concentracin de usuarios del servicio en zonas urbanas, suburbanas e industriales exige una instalacin de alta densidad de terminales de usuarios en estas zonas; h) que los sistemas MP-MP con topologa de red en malla pueden ser eficaces debido a la posibil

8、idad de utilizar diversidad de rutas; j) que, bajo ciertas condiciones, un sistema MP-MP con topologa de red en malla puede considerarse una tcnica eficaz para mejorar la disponibilidad y la reduccin de la potencia transmitida en instalaciones de FWS que funcionan en bandas de frecuencias superiores

9、 a unos 17 GHz, recomienda que se utilicen las directrices del Anexo 1 para establecer la configuracin y las caractersticas de los sistemas MP-MP con topologa de red en malla que funcionan en bandas de frecuencias superiores a unos 17 GHz. 2 Rec. UIT-R F.1704 Anexo 1 Configuracin del sistema y carac

10、tersticas de los sistemas MP-MP con topologa de red en malla que funcionan en bandas de frecuencias superiores a unos 17 GHz 1 Introduccin La utilizacin de sistemas MP-MP con topologa de red en malla se considera un medio eficaz para disminuir la degradacin de la calidad de las telecomunicaciones en

11、 los FWS que funcionan en bandas de frecuencias superiores a unos 17 GHz. Este Anexo describe de forma general la configuracin de los sistemas MP-MP con topologa de red en malla y muestra los resultados del anlisis cuantitativo realizado sobre la mejora de la disponibilidad y la reduccin de la poten

12、cia transmitida debidas a la diversidad de ganancia utilizando una topologa de red en malla. Tambin se indican los requisitos funcionales del sistema para maximizar el efecto de diversidad de rutas y aparecen ejemplos prcticos de las funciones necesarias. Adems, se presentan los resultados experimen

13、tales obtenidos en pruebas de funcionamiento real sobre diversidad de ganancias (vase el Apndice 1 al presente Anexo). 2 Consideraciones generales sobre la configuracin del sistema La Fig. 1 ilustra un ejemplo de sistema MP-MP con topologa de red en malla. La red en malla inalmbrica consta de nodos

14、inalmbricos que son emplazamientos de abonado, nodos de retransmisin sin trfico de origen/terminacin o puntos de interfaz (POI, points of interface) con otras redes tales como las redes de los proveedores de servicios de Internet (PSI). Un nodo inalmbrico est conectado a otros nodos mediante enlaces

15、 inalmbricos. El trfico de extremo a extremo se cursa a travs de una ruta de un solo salto y/o rutas de mltiples saltos. Mientras la ruta de un solo salto consta de un solo enlace inalmbrico, las rutas multisaltos consisten en varios enlaces inalmbricos. La red completa puede considerarse como un si

16、stema MP-MP. Cuando en la red se dispone de al menos una ruta de diversidad, el sistema se denomina especficamente sistema MP-MP con topologa de red en malla. 3 Mejora de la disponibilidad y reduccin de la potencia transmitida Los sistemas MP-MP con topologa de red en malla tienen capacidad inherent

17、e de diversidad de rutas entre un par de nodos. El trfico de telecomunicaciones de extremo a extremo se dirige de un nodo de origen a un nodo de destino a travs de nodos transitorios intermedios y puede haber varias rutas entre el par de nodos de origen y destino. Si uno de los enlaces inalmbricos e

18、n una ruta entre un par de nodos de origen y destino pasa al estado indisponible a causa de la atenuacin debida a la lluvia, el trfico de telecomunicaciones en la ruta inalmbrica puede reencaminarse por otras rutas. Debido al efecto de diversidad de rutas, la disponibilidad de las telecomunicaciones

19、 de extremo a extremo de la red inalmbrica en malla propuesta puede mejorarse en comparacin con la de los sistemas P-P, P-MP o MP-MP convencionales sin topologa de red en malla. Este punto presenta un modelo analtico y varios resultados numricos del estudio analtico sobre la mejora de disponibilidad

20、 y la ganancia de diversidad en los sistemas MP-MP con topologa de red en malla. En el modelo analtico, la probabilidad de degradacin simultnea de mltiples enlaces a causa de la atenuacin debida a la lluvia se expresa mediante la funcin distribucin gamma multivariable con correlacin. Rec. UIT-R F.17

21、04 3 3.1 Modelo analtico La Fig. 2 representa la red en malla que va a evaluarse. Los mltiples enlaces conectados al Nodo A en una red en malla (vase la Fig. 2 a) se simplifican mediante un modelo (vase la Fig. 2 b) donde mltiples enlaces proporcionan una diversidad de L-ramas al Nodo A. En el model

22、o simplificado, se supone que el ngulo de separacin entre enlaces adyacentes es idntico y que todos los enlaces tienen la misma longitud d. 4 Rec. UIT-R F.1704 3.1.1 Indisponibilidad de nodo En la Fig. 2 b), el Nodo A pasa a estar indisponible cuando todos los enlaces conectados al nodo se encuentra

23、n indisponibles simultneamente. Por consiguiente, en lo que sigue, la probabilidad de que todos los enlaces que proporcionan diversidad de L-ramas estn indisponibles simultneamente se denomina indisponibilidad de nodo (es decir, probabilidad de interrupcin). Sea Xila variable estocstica para la aten

24、uacin debida a la lluvia del i-simo enlace y f (Xi, Xj, ., Xk) la funcin densidad de probabilidad conjunta de Xi, Xj,., y Xk. La indisponibilidad de nodo )(LNUp , que es la probabilidad de que todas las ramas que llegan al nodo estn indisponibles simultneamente, se obtiene a partir de la siguiente f

25、rmula: LuLNUpp.12)(= , (1) donde, LLxxLudXdXdXXXXfp .),.,(.2121.12= (2) Obsrvese que x en esta ecuacin representa el umbral de atenuacin debida a la lluvia para mantener disponible un enlace inalmbrico. En este caso, se supone que la probabilidad de la atenuacin debida a la lluvia para un enlace ina

26、lmbrico sigue la distribucin gamma y que hay un cierto nivel de correlacin entre los niveles de atenuacin debida a la lluvia para enlaces inalmbricos. Junto con las distribuciones gamma multivariable con correlaciones arbitrarias, 12 LupLse obtiene mediante la ecuacin: LnnLunxnnnp+=)(/,()1(! )()(0.1

27、2(3) donde: ()a: funcin gamma completa (),ax: funcin gamma incompleta de segunda clase. La anterior ecuacin es exacta para 2L y aproximada para 2L . El parmetro de forma tiene un valor tpico de aproximadamente 0,005-0,01 en los pases afectados por la lluvia en las bandas de ondas milimtricas. La cor

28、relacin entre L ramas se representa por 11)R(detL= , siendo: =111R21212112LMOMMLLLLLL(4) ij es un coeficiente de correlacin entre el i-simo y j-simo enlaces y puede evaluarse promediando una correlacin espacial de la intensidad de lluvia a lo largo de los dos enlaces (mediante una integral doble). C

29、on respecto al coeficiente de correlacin espacial de la intensidad de lluvia, se utiliza tradicionalmente la frmula convencional ( )rr3,0exp= siendo r la distancia entre dos emplazamientos (km). Rec. UIT-R F.1704 5 3.1.2 Indisponibilidad de ruta Para determinar la indisponibilidad de las rutas en la

30、s redes en malla, se utiliza un modelo sencillo de rejillas cuadradas como el que se representa en la Fig. 3. Con respecto a la ruta de un solo enlace entre los Nodos A y B existen varias rutas alternativas disponibles. Una de las rutas ms cortas, salvo la ruta consistente en un solo enlace entre lo

31、s Nodos A y B, es la ruta que consta de los enlaces N. 2, N. 3 y N. 4. La otra es la ruta que consiste en los enlaces N. 5, N. 6 y N. 7. La indisponibilidad de todas las rutas posibles entre dos nodos recibe el nombre de indisponibilidad de ruta. Considerando nicamente una ruta alternativa entre los

32、 Nodos A y B, consistente en los enlaces N. 2, N. 3 y N. 4, distinta de la ruta de un solo enlace (es decir, existen dos rutas en total), la indisponibilidad de ruta entre los Nodos A y B puede obtenerse a partir de la ecuacin (5): ( )23412341)2(BA1aaaRUpppp +=(5) Obsrvese que el superndice A-B(2) d

33、e )2(BARUp significa que hay dos rutas entre los Nodos A y B. La variable ij kapLes la probabilidad de que todos los enlaces i, j, ., k estn disponibles, y puede obtenerse a partir de la ecuacin (6): ()()()()()()LnnkjixxkjikijanxnnndXdXdXXXXfp+=/,1!.,.,.000.(6) donde ()xa, es la funcin gamma incompl

34、eta de primera clase. En la ecuacin, L representa el nmero de enlaces (i.e., i, j, ., k) que se considera. En el caso de que haya dos rutas alternativas (es decir, una ruta consistente en los enlaces N. 2, N. 3 y N. 4, y la otra consistente en los enlaces N. 5, N. 6 y N. 7), la indisponibilidad de r

35、uta entre los Nodos A y B puede obtenerse a partir de la ecuacin (7): ( )5672341567234567123415672341)3(BA1aaaaaaaRUpppppppp +=(7) 6 Rec. UIT-R F.1704 3.2 Mejora de la disponibilidad y diversidad de ganancia Este punto presenta algunos resultados numricos del estudio analtico en trminos de mejora de

36、 disponibilidad y diversidad de ganancia, basados en el modelo analtico que aparece en el 3.1.2. Se supone que la frecuencia de los enlaces inalmbricos es de 26 GHz, salvo en la Fig. 6 que representa la dependencia de la diversidad de ganancia con la frecuencia. La Fig. 4 muestra la indisponibilidad

37、 de nodo en funcin del nmero de ramas de diversidad (es decir, enlaces inalmbricos conectados al nodo), L . Se ha dibujado la indisponibilidad de nodo para una indisponibilidad de 102-105para cada rama de diversidad. La indisponibilidad de nodo sin ramas de diversidad se indica en el valor L = 1. Se

38、 observa que un nmero de ramas superior a 4 proporciona nicamente una mejora marginal. La Fig. 5 muestra la indisponibilidad de nodo en funcin de la longitud del enlace d para el caso de 4L = . Una diversidad de 4 ramas con enlaces radioelctricos de 2 km al nodo puede reducir la indisponibilidad por

39、 un factor de aproximadamente 0,3-0,5 para la disponibilidad especificada de 102-105. A medida que aumenta la longitud del enlace, disminuye la correlacin espacial de la atenuacin debida a la lluvia entre enlaces. De acuerdo con ello, la mayor mejora de la indisponibilidad de nodo se logra debido al

40、 mayor efecto de diversidad. Rec. UIT-R F.1704 7 La Fig. 6a) muestra la diversidad de ganancia en funcin de la longitud del enlace, d, en caso de 4L = . La diversidad de ganancia, que contribuye al aumento del margen en el balance del enlace puede contribuir asimismo a reducir la potencia transmitid

41、a, a la utilizacin de una antena ms pequea de ganancia inferior o a facilitar el diseo del sistema receptor disminuyendo el factor de ruido. En la Figura puede verse que la diversidad de ganancia aumenta casi linealmente a medida que se incrementa la longitud del enlace. Cuanto ms pequea es la indis

42、ponibilidad de nodo ()LNUp , mayor diversidad de ganancia puede lograrse. De la Fig. 6b), tambin puede deducirse que la diversidad de ganancia es mayor a medida que aumenta la frecuencia. La Fig. 7 muestra la indisponibilidad de ruta en funcin de la longitud del enlace d. Se da por hecho que contar

43、con ms rutas hace disminuir la indisponibilidad de ruta. En la Figura tambin aparece el lmite inferior de la indisponibilidad de ruta. Dicho lmite se determina a partir de la hiptesis de que existe un nmero infinito de rutas disponibles entre los Nodos A y B en la Fig. 3 y se obtiene a partir de la

44、ecuacin (8): 789245147912581)(BAuuuRUpppp +=(8) Con la ecuacin (8) se obtiene la probabilidad de que cualquiera de los nodos (es decir, el Nodo A o el Nodo B) estn indisponibles. 8 Rec. UIT-R F.1704 FIGURA 6 Diversidad de ganancia de la topologa de red en malla en trminos de indisponibilidad de nodo

45、 Rec. UIT-R F.1704 9 Por ltimo, la Fig. 8 muestra la diversidad de ganancia en funcin de la longitud del enlace, d , en el hipottico caso de un nmero infinito de rutas disponibles entre los Nodos A y B en la Fig. 3. As se obtiene el lmite superior de la diversidad de ganancia. Este resultado es simi

46、lar al obtenido en la Fig. 6. FIGURA 8 Diversidad de ganancia de la topologa de red en malla en trminos de indisponibilidad de ruta 10 Rec. UIT-R F.1704 3.3 Resumen de los resultados analticos A partir de los resultados anteriores se llega a las siguientes conclusiones: 1. Puede esperarse una import

47、ante reduccin en la potencia transmitida debida a la diversidad de ganancia. Se espera una disminucin de unos 10 dB suponiendo: una longitud del enlace de 4 km, la banda de frecuencias de 26 GHz, una indisponibilidad del enlace de 1 105, y una correlacin espacial de ( )rr3,0exp = , siendo r la dista

48、ncia en kilmetros. 2. Cabe esperar una mayor diversidad de ganancia pues: la indisponibilidad de cada enlace es ms pequeo, la longitud del enlace es mayor, y, la banda de frecuencias es ms amplia. 3. En trminos de efecto de diversidad, 4 ramas (enlaces) por nodo son suficientes. 4 Funciones del sistema necesarias para explotar la diversidad de rutas 4.1 Funciones necesarias Los sistemas MP-MP con topologa de red en malla necesitan soportar las siguientes funciones a fin de potenciar los efectos de la diversidad de rutas tales como la