ITU-R P 1623-1 SPANISH-2005 Prediction method of fade dynamics on Earth-space paths《地对空路径上的衰减动力学的预测方法(问题ITU-R 201 3)》.pdf

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1、 Rec. UIT-R P.1623-1 1 RECOMENDACIN UIT-R P.1623-1 Mtodo de prediccin de la dinmica de los desvanecimientos en los trayectos Tierra-espacio (Cuestin UIT-R 201/3) (2003-2005) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que en varios servicios de radiocomunicaciones deben satisfacers

2、e unos objetivos de diseo que requieren informacin sobre la dinmica de los sucesos de interrupcin; b) que para evaluar los parmetros relacionados con el riesgo de fallo en proporcionar una cierta calidad y fiabilidad de servicio, debe conocerse la probabilidad de aparicin de desvanecimientos de una

3、cierta duracin; c) que para evaluar los parmetros internos en un bucle de control que aplica tcnicas de reduccin de los desvanecimientos (FMT, fade mitigation techniques) (utilizadas para aumentar la calidad y fiabilidad del servicio), debe conocerse la probabilidad de aparicin de una pendiente del

4、desvanecimiento correspondiente a un determinado umbral de atenuacin; d) que es necesario proporcionar informacin tcnica para calcular las estadsticas de la duracin de los desvanecimientos, de los intervalos entre desvanecimientos y de la pendiente de los desvanecimientos, recomienda 1 que se utilic

5、en los mtodos descritos en el 2.2 del Anexo 1 para calcular las estadsticas de duracin de los desvanecimientos debidos a la combinacin de los efectos de la atenuacin (gases, nubes y lluvia) y el centelleo en los trayectos Tierra-espacio; 2 que se utilicen los mtodos descritos en el 3.2 del Anexo 1 p

6、ara calcular las estadsticas de la pendiente de los desvanecimientos debidos a la atenuacin en los trayectos Tierra-espacio. Anexo 1 1 Introduccin Las caractersticas dinmicas de los desvanecimientos debidos a la propagacin en la atmsfera revisten una gran importancia en el diseo de muchos sistemas d

7、e telecomunicaciones para optimizar la capacidad del sistema y alcanzar los objetivos de calidad y fiabilidad. Las redes fijas que incluyen un segmento espacial y los sistemas que aplican FMT o de comparticin de recursos son un ejemplo al respecto. Pueden definirse varias escalas temporales, y es ti

8、l disponer de informacin sobre las estadsticas de la pendiente de los desvanecimientos, de la duracin de los desvanecimientos y de los intervalos entre desvanecimientos para un determinado nivel de atenuacin (vase la Fig. 1). La duracin de un desvanecimiento se define como el intervalo de tiempo tra

9、nscurrido entre dos cruces por encima de un mismo umbral de atenuacin, en tanto que el periodo entre desvanecimientos es el intervalo de tiempo transcurrido entre dos cruces por debajo de un mismo umbral de atenuacin. La pendiente del desvanecimiento se define como la velocidad de variacin de la ate

10、nuacin en el tiempo. 2 Rec. UIT-R P.1623-1 La distincin entre desvanecimientos de duracin menor o mayor que 10 s es especialmente interesante en el contexto de los criterios de disponibilidad. El conocimiento de la distribucin de la duracin de los desvanecimientos en funcin de la profundidad de los

11、desvanecimientos es tambin un requisito previo a la aplicacin de los conceptos de riesgo en la prestacin de servicios de telecomunicaciones. Adems, es esencial disponer de informacin sobre la pendiente del desvanecimiento prevista para calcular la mnima velocidad de seguimiento necesaria de un siste

12、ma de mitigacin de desvanecimientos. 2 Duracin de los desvanecimientos y de los intervalos entre desvanecimientos 2.1 Necesidad de informacin sobre la duracin de los desvanecimientos La duracin de los desvanecimientos es un parmetro importante que se ha de tener en cuenta en el diseo de sistemas por

13、 varias razones: interrupcin e indisponibilidad del sistema: las estadsticas de duracin de los desvane-cimientos proporcionan informacin sobre el nmero y duracin de las interrupciones y la indisponibilidad del sistema debido a la propagacin por un determinado enlace o servicio; comparticin de los re

14、cursos del sistema: desde el punto de vista del operador es importante tener una idea de la duracin estadstica de un suceso para asignar los recursos a otros usuarios; FMT: la duracin de los desvanecimientos es importante a fin de definir la duracin estadstica para que el sistema permanezca en una c

15、onfiguracin de compensacin antes de volver a su modo nominal; codificacin y modulacin del sistema: la duracin de los desvanecimientos es un elemento fundamental para seleccionar los cdigos de correccin de errores en recepcin sin canal de retorno y los mejores esquemas de modulacin; en el canal de pr

16、opagacin de los sistemas de comunicacin por satlite no se producen errores independientes sino bloques de errores. La duracin del desvanecimiento repercute directamente en la seleccin del esquema de codificacin (tamao y palabra de codificacin en cdigos de bloque, entrelazado en cdigos concatenados,

17、etc.). Rec. UIT-R P.1623-1 3 2.2 Mtodo de prediccin de la duracin del desvanecimiento La duracin de los desvanecimientos se puede describir mediante dos funciones de distribucin acumulativa diferentes: 1 P(d D|a A), la probabilidad de aparicin de desvanecimientos de duracin d mayor que D (s) suponie

18、ndo que la atenuacin a sea mayor que A (dB). Esta probabilidad puede calcularse a partir de la relacin entre el nmero de desvanecimientos de duracin mayor que D y el nmero total de desvanecimientos observados, suponiendo que se ha superado el umbral A. 2 F(d D|a A), la probabilidad acumulativa de re

19、basamiento o, lo que es lo mismo, la fraccin total (entre 0 y 1) del tiempo de desvanecimiento correspondiente a desvane-cimientos de duracin d mayor que D (s), suponiendo que la atenuacin a sea mayor que A (dB). Esta probabilidad puede calcularse a partir de la relacin entre el tiempo de desvanecim

20、iento total debido a desvanecimientos de duracin mayor que D cuando se rebasa el umbral A y el tiempo total de rebasamiento del umbral. Dado un periodo de referencia, el nmero de desvanecimientos de duracin mayor que D se calcula multiplicando la probabilidad de aparicin P(d D|a A) por el nmero tota

21、l de desvanecimientos que rebasan el umbral, Ntot(A). De igual manera, el tiempo total de rebasamiento debido a fenmenos de desvanecimiento de duracin mayor que D se calcula multiplicando la fraccin de tiempo F(d D|a A) por el tiempo total de rebasamiento del umbral, Ttot(A). El modelo de dos segmen

22、tos que aqu se describe est formado por una funcin de distribucin log normal para desvanecimientos de larga duracin y una funcin potencial para desvanecimientos de corta duracin. El lmite entre desvanecimientos de corta y larga duracin viene dado por la duracin umbral Dtcalculada en el modelo. El mo

23、delo potencial es aplicable a desvanecimientos de duracin mayor que 1 s. Los de menor duracin no contribuyen significativamente al tiempo de interrupcin total. A continuacin se presenta el clculo de los parmetros necesarios para el modelo y por ltimo se define el modelo de dos segmentos para las dos

24、 funciones de distribucin, a saber, la probabilidad de aparicin P y la probabilidad de rebasamiento (o de fraccin de tiempo) F. Se prev que el modelo servir para duraciones mayores que 1 s. Los parmetros necesarios para el modelo son los siguientes: f : frecuencia (GHz): 10-50 GHz : ngulo de elevaci

25、n (grados): 5-60 A : umbral de atenuacin (dB). Los pasos para calcular la distribucin de la duracin de los desvanecimientos son los siguientes: Paso 1: Calcular la duracin media D0de la distribucin log normal de la fraccin del tiempo de desvanecimiento debido a desvanecimientos de larga duracin, sup

26、oniendo que la atenuacin es mayor que A: s8039,04,14,00AfD = (1) Paso 2: Calcular la desviacin tpica de la distribucin log normal de la fraccin de tiempo de desvanecimiento debido a desvanecimientos de larga duracin: 027,005,085,1 Af= (2) 4 Rec. UIT-R P.1623-1 Paso 3: Calcular el exponente de la dis

27、tribucin potencial de la fraccin del tiempo de desvanecimiento debido a desvanecimientos de corta duracin: 003,065,0055,0 Af= (3) Paso 4: Calcular el lmite entre las duraciones de desvanecimiento cortas y largas, Dt: se39,00221+=pptDD (4) donde: 814,0885,01=p (5) 61,123,205,122+=p (6) Paso 5: Calcul

28、ar la duracin media D2de la distribucin log normal de la probabilidad de aparicin de fenmenos de desvanecimiento de larga duracin: se202= DD (7) Paso 6: Calcular la fraccin de tiempo k debido a desvanecimientos de duracin inferior a Dt: 12020)ln()ln()ln()ln()1(1+=DDQDDDQDDkttt(8) donde: Q: funcin de

29、 distribucin acumulativa tpica para un variable con distribucin normal: xzQxzde21)(221= (9) Paso 7: Calcular la probabilidad de aparicin de fenmenos de desvanecimiento de duracin d mayor que D, suponiendo que la atenuacin a sea mayor que A: =)|(1Para DAaDdPDDt(10) =)ln()ln()ln()ln()|(Para22DDQDDQDAa

30、DdPDDttt(11) Rec. UIT-R P.1623-1 5 Paso 8: Calcular la probabilidad de rebasamiento acumulativa; es decir, la fraccin total del tiempo de desvanecimiento debido a desvanecimientos de duracin d mayor que D: =11)|(1ParattDDkAaDdFDD (12) =)ln()ln()ln()ln()1()|(Para00DDQDDQkAaDdFDDtt(13) Paso 9: Cuando

31、sea necesario, se puede calcular el nmero total de desvanecimientos de duracin d mayor que D para un determinado umbral A, mediante la expresin: )()|(),( ANAaDdPADNtot= (14) De igual manera, el tiempo de desvanecimiento total debido a desvanecimientos de duracin d mayor que D correspondiente al umbr

32、al A es: s)()|()|( ATAaDdFAaDdTtot= (15) para el periodo de referencia de inters, donde Ttot(A) es el tiempo total durante el cual se rebasa el umbral A y Ntot(A) es el nmero total de desvanecimientos de duracin mayor que la mnima, de 1 s. Estos parmetros pueden obtenerse del modo siguiente: Ttot(A)

33、 se determina a partir de los datos locales. Si no se dispone de estadsticas de larga duracin, se puede hacer una estimacin como se describe en la Recomendacin UIT-R P.618. El procedimiento consiste en calcular la funcin de distribucin acumulativa de la atenuacin total, determinando el porcentaje de

34、 tiempo durante el cual se supera el umbral de atenuacin A en cuestin y seguidamente el tiempo de rebasamiento total Ttot(A) para el periodo de referencia considerado. Una vez obtenido Ttot(A), puede calcularse Ntot(A) mediante la expresin: =11)()(ttottotDkATAN (16) El mtodo anterior se aplic a la b

35、ase de datos de duracin del desvanecimiento de la Comisin de Estudio 3 de Radiocomunicaciones, para frecuencias entre 11 y 50 GHz y para ngulos de elevacin entre 6 y 60. La media aritmtica del error logartmico (relacin entre la duracin del desvane-cimiento calculada y medida para un mismo nivel de p

36、robabilidad) se estim en el 30% para desvanecimientos de duracin inferior a 10 s y entre el 25% y el 80% para los de duracin mayor que 10 s. En lo que respecta a la desviacin tpica, se estim una variacin entre el 80% y el 150%, lo que demuestra el carcter altamente variable de este parmetro. 2.3 Per

37、iodo entre desvanecimientos Adems de las estadsticas de duracin de los desvanecimientos, tambin es til caracterizar el tiempo transcurrido entre dos desvanecimientos, denominado intervalo entre desvanecimientos. Una vez que el nivel de la seal recibida ha cado por debajo del umbral despus de un suce

38、so de interrupcin, es esencial para el operador conocer estadsticamente el tiempo que transcurre antes de que se produzca otro suceso de interrupcin. 6 Rec. UIT-R P.1623-1 Los resultados experimentales indican que las estadsticas de los intervalos entre desvanecimientos pueden tener una distribucin

39、log normal. Sin embargo, se prev que los intervalos entre desvanecimientos de corta duracin causados por el centelleo troposfrico sigan una ley potencial, al igual que las estadsticas de duracin de desvanecimiento de corta duracin. 3 Pendiente de los desvanecimientos 3.1 Necesidad de informacin sobr

40、e la pendiente de los desvanecimientos Es importante poder cuantificar la pendiente de los desvanecimientos en los sistemas de comunicaciones por satlite que aplican tcnicas de reduccin del desvanecimiento. Su conocimiento es til para disear un bucle de control que pueda seguir las variaciones de la

41、 seal o para mejorar la prediccin a corto plazo de las condiciones de propagacin. En ambos casos, la informacin importante es la pendiente de la componente de la seal que vara lentamente, lo cual implica filtrar el centelleo y las variaciones rpidas de la atenuacin debida a la lluvia. 3.2 Mtodo de p

42、rediccin de la pendiente de los desvanecimientos La distribucin de probabilidad de la pendiente de los desvanecimientos es funcin de los parmetros climticos, de la distribucin del tamao de las gotas y, por tanto, del tipo de lluvia. La velocidad del viento horizontal, perpendicular al trayecto, es o

43、tro parmetro climtico a tener en cuenta pues determina la velocidad a la cual el perfil de lluvia horizontal atraviesa el trayecto de propagacin. Tambin es probable que la pendiente de desvanecimiento prevista para un determinado nivel de atenuacin disminuya al aumentar la longitud del trayecto, deb

44、ido al efecto suavizante que produce la suma de las diferentes contribuciones de lluvia, y por tanto, aumente con el ngulo de elevacin en los trayectos Tierra-espacio. Adems, la medicin de la pendiente del desvanecimiento se ve afectada por parmetros dinmicos, o constantes de tiempo, del sistema rec

45、eptor. Los receptores con mayor tiempo de integracin reducen la variacin instantnea del desvanecimiento y lo distribuyen a lo largo de un periodo de tiempo ms dilatado. La distribucin de la pendiente del desvanecimiento calculada es funcin del nivel de atenuacin A(t) y de la duracin del intervalo t.

46、 Adems, la distribucin depende de la frecuencia de corte a 3 dB del filtro de paso bajo que se utiliza para eliminar de la seal el centelleo troposfrico y las variaciones rpidas de la atenuacin debida a la lluvia. Los resultados experimentales demuestran que una frecuencia de corte a 3 dB de 0,02 Hz

47、 es suficiente para filtrar adecuadamente el centelleo y las variaciones rpidas de la atenuacin debida a la lluvia. Si no se filtran, la seal presentar mayores fluctuaciones y el modelo slo servir para predecir los desvanecimientos correspondientes a la atenuacin debida a la lluvia. En este caso, la

48、 frecuencia de corte necesaria es igual a la frecuencia de muestreo. En el modelo, la pendiente del desvanecimiento en un determinado instante se define a partir de los datos filtrados: dB/s2121)(tttAttAt+= (17) El modelo es vlido para las siguientes gamas de parmetros: frecuencias entre 10 y 30 GHz ngulos de elevacin entre 10 y 50. Rec. UIT-R P.1623-1 7 Los parmetros necesarios para el modelo son los siguientes: A : nivel