martes, 18 de agosto de 2009

METODOS DE DIVERSIDAD EN MICROONDAS.

Cundo se produce desvanecimiento o se varían los equipos de radiocanal normal, su señal correspondiente puede ser transferida a otro de los canales de reversa por medio de un rápido sistema de conmutación, Este sistema la fiabilidad del sistema y se conoce como técnicas de diversidad.

El principio de recepción por diversidad consiste en recibir y analizar varias señales no correlacionales y escoger en cada instante la mejor (sistema de diversidad por conmutación), o en recibir en todo momento una combinación de las distintas señales (sistemas de diversidad en espacio y de diversidad en frecuencia.

Existe un tercer método para reducir al mínimo el tiempo fuera de servicio del sistema por desvanecimiento profundo denominado Diversidad de polarización.

DIVERSIDAD DE POLARIZACION

En este método dos señales procedentes del radiotransmisor se envían simultáneamente por dos antenas separadas, una con polarización vertical y la otra horizontal. La diversidad de polarización resulta útil para la transmisión por onda indirecta en la parte baja del espectro de frecuencias.

En cambio, este método no da resultados en la transmisión de microondas por onda espacial debido a que generalmente ambas señales polarizadas se desvanecen al mismo tiempo.

6. DESVANECIMIENTO TOTAL

Comparativamente el desvanecimiento total es raro, pero cuando se presenta, sus efectos suelen ser catastróficos, pues anulan por completo las señales. En este caso, los métodos tradicionales usados para mejorar la contabilidad de los radioenlaces, tales como: Aumento del margen contra el desvanecimiento o la aplicación de diversidad resultan prácticamente ineficaces.

Se considera como desvanecimiento total a cualquier atenuación excesivamente larga de las señales de microondas.

Para describir el desvanecimiento total se utilizan diversos términos, tales como;

- Formación de ductos

- Atrapamiento del haz.

-Bloqueo o desaparición de las señales.

- Desacople de antena.

El desvanecimiento total se caracteriza por una aguda disminución de densidad atmosférica a medida que aumenta la altura, que es la causante del verdadero esvanecimiento.

Las interrupciones de señal calificadas como catastróficas se producen simultáneamente en ambas direcciones de transmisión y en los dos trayectos de diversidad. Salvo algunos casos aislados, la recepción en diversidad de espacio ha demostrado que este tipo de desvanecimiento tiene una alta selectividad.

El desvanecimiento total se confunde a menudo con el desvanecimiento por dirección u obstrucción del haz cuando se produce una curvatura inversa, pero las características de estos dos fenómenos son opuestas. El desvanecimiento total se produce por presencia de una atmósfera superrefractiva, que a veces es invisible salvo en zonas brumosas, sin embargo, en algunas ocasiones dicha atmósfera resulta visible en forma de niebla, de vapor de agua caliente o niebla que refracta el frente de la onda del haz abajo hasta una superficie acuática o terrena, antes de llegar a la antena receptora. En estos casos, generalmente ninguna parte de la señal llega a la antena receptora.

Cuando una masa de aire frío sobre zonas cálidas y húmedas o sobre regiones acuáticas templadas, la atmósfera circundante tiene a comportarse en forma superrefractiva. Como consecuencia, los trayectos de microondas poca despejados, ubicados en dichas zonas o regiones, se tornan susceptibles a sufrir undesvanecimiento total.

La masa de aire puede producirse:

a. Con el paso de un frente frío sobre un terreno cálido y húmedo a cualquier hora del día o de la noche.

b. Por decantación. Es el lento asentamiento de una masa de aire fresco en un sistema atmosférico de alta presión. La masa de aire se calienta por compresión adiabática (sin perdida ni aumento de calor) y al asentarse va cubriendo y encerrando otra masa de aire mas frío y húmedo sostenida por la superficie mojada.

Las masas o capas superrefractivas se producen con mas frecuencias en las noches claras, serenas y frías en las primeras horas de la mañana, pero raramente en las redes. Su presencia va acompañada por:

- Calor

- Baja humedad

- Atmósfera heterogénea

- Turbulencia del aire

MODELO DE PROPAGACION DENTRO DE UNA CAPA SUPEREFRACTIVA EN MICROONDAS

Para simplificar el análisis de la propagación de un frente de onda dentro de una capa superrefractiva, se supone que existen las siguientes condiciones:

a. El frente de onda esta representado por un solo haz.

b. El trayecto de propagación es bilateral, es decir, que los haces de transmisión y recepción pasan recíprocamente por una misma ruta.

c. El haz puede penetrar en la capa superrefractiva antes de ser reflejado en la superficie límite.

Cuando la antena transmisora esta ubicada sobre la capa refracta, uno de los haces pasa por encima del conductor, mientras que el otro haz se propaga dentro del conductor. El haz superior se desplaza normalmente cuando el factor K varia entre 1 y 3, según el gradiente de refracción existente sobre el conductor. Cuando la antena receptora intercepta este haz, puede recibir señales a un nivel normal o tal vez a un nivel correspondiente a una señal obstruida parcialmente. Dentro del conductor, la antena B continua recibiendo una señal de alto nivel si el lóbulo de irradiación tiene suficiente amplitud para dar paso al haz superefractado, que se representa con una línea quebrada. Cada trayecto superrefractado tiene un factor distinto.

La antena A, ubicada en la primera zona de sombra, queda bloqueada totalmente. La antena C estuvo bloqueada mientras la capa superrefractiva se eleva del agua, pero a medida que alcanzaba su altura actual iba recibiendo una señal de alto nivel, aunque posiblemente con cierta fluctuación.

La antena D ubicada debajo de la línea de visión directa y que esta obstruida en condiciones normales de propagación, ahora recibe una señal con el mismo alto nivel fluctuante que la antena C.

La antena E, muy debajo de la línea de visión directa durante las condiciones normales de propagación, ahora esta en la segunda zona de sombra y permanecerá inactiva sin recibir señales, aunque la radiofrecuencia fluctúe cuando la capa se eleva sobre el agua.

La antena F recibe una señal de nivel normal mientras existe la capa superrefractiva.

Cuando mas alta es la antena transmisora, mas grande es la longitud del horizonte radioeléctrico y mayor el rango de la transmisión. Cuando dicha antena queda dentro de la capa, se corta al alcance del horizonte. Las antenas G, I, J, y K están totalmente bloqueadas. H recibe una señal normal; O y P normalmente ubicadas mas allá del horizonte radioeléctrico ahora llegan señales ampliamente fluctuantes.

La trayectoria del haz de microondas dentro de una capa atmosférica siperrefractiva asentada en el suelo a. Antena transmisora ubicada sobre la capa, y b. antena transmisora dentro de la capa. Los haces superrefractados directos desde la antena transmisora a las receptoras L, M y N solo se forman cuando la capa es muy espesa.

DESVANECIMIENTO TOTAL POR DESACOPLE DE ANTENA

Aun cuando la antena receptora este dentro del horizonte radioeléctrico, la aparición de una capa superrefractiva hace que le haz propagado llegue a su destino con un ángulo de elevación mayor que el normal. Si en condiciones atmosféricas normales las antenas transmisoras y receptoras fueran orientadas para obtener la máxima respuesta con el mayor nivel de señal, al variar las condiciones formado una capa superefractiva el ángulo de incidencia del haz se desplazara hacia arriba. Teniendo en cuenta que las antenas de grandes dimensiones o los reflectores pasivos tienen un lóbulo de irradiación estrecho y considerado también la longitud de los trayectos de microondas, un cambio de 0.5^o o mas en el ángulo de llegada del haz puede desplazar el trayecto, a lejano del lóbulo principal de la antena. En este evento se producirá un desvanecimiento total.

El comportamiento característico del desvanecimiento total por desacople de antena es idéntico al que se produce cuando la antena receptora se encuentra mas allá del horizonte radioeléctrico.

Cuando se anticipa o se experimenta un desacople, las antenas receptoras pueden inclinares levemente hacia arriba con lo cual también se introduce una pérdida de 1 o 2 dB durante la propagación normal.

En la instalación de antenas alta y baja la inferior puede reducirse de tamaño. Así mismo, la iniciación de las antenas trae la ventaja de aumentar la discriminación a las reflexiones superficiales durante los períodos de programación normal.

Si después de haber efectuado una instalación de microondas se descubre que el trayecto es suceptible a sufrir desvanecimiento total :

a. Estudiar la posibilidad de introducir desacople de antenas. Esta medida se toma especialmente cuando:

- Las parábolas o los reflectores son de grandes dimensiones

- El trayecto es de gran longitud

- Se utiliza la gama superior de 6 a 13 Ghz.

Si inicialmente la posición de una o de ambas antenas transmisoras se desvía levemente hacia abajo con respecto al ángulo normal de incidencia del haz, la capa superrefactiva puede desplazar el haz en forma que no llegue el lóbulo principal de la antena receptora. En estas condiciones se producirá un desvanecimiento total. En este caso la mayor o la menor de las dos antenas puede reorientarse verticalmente hasta encontrar un trayecto adecuado. Sin embargo, en vez de reorientar las antenas grandes para evitar un posible desacople, conviene utilizar una pequeña antena receptora de prueba, de 60 cm a 1.20 m para efectuar el rastreo del trayecto. A veces suele colocarse una pequeña antena fija para evitar el efecto de desacople entre las antenas grandes.

b. Si al antena receptora queda mas allá del horizonte visual, en vez de quedar solo desorientada o desacoplada, se debe investigar si a lo largo del mástil o torre de soporte de la antena se encuentra presente alguna señal estable de nivel inferior al normal. El trayecto de la señal posiblemente queda a una altura de 3 a 9 m sobre el nivel del terreno o bien debajo de la linea normal de visión directa. Si se comprueba la existencia de este trayecto durante el desvanecimiento total,

Los receptores deben disponerse para funcionar en diversidad de espacio. Si ya se cuenta con este tipo de recepción debe utilizarse además diversidad de antenas sobre la torre.

Dado que el desvanecimiento total obstruye el trayecto simultáneamente en ambos sentidos, el sistema de transmisión debe estar provisto de equipo de reserva activo con conmutación automática o manual, o con combinadores de antena.

c. Aumentar la altura libre del trayecto a un mínimo de K=1, sobre una capa de 50 m de altura. Mediante pruebas apropiadas se localiza la capa atmosférica y se determina la altura de las antenas ajustadas para tal fin. Si se sospeche la existencia de una capa reactiva en la mitad del trayecto A veces es inevitable la presencia de desvanecimiento total en algunas zonas geográficas durante ciertas épocas del año cuando existe una combinación desafortunada de factores determinantes, tales como la densidad atmosférica y la naturaleza del terreno.

7. CONFIABILIDAD DE SISTEMAS DE RADIOTRANSMISION POR MICROONDAS

Las normas de seguridad de funcionamiento de los sistemas de microondas han alcanzado gran rigidez. Por ejemplo, se utiliza un 99.98% de confiabilidad general en un sistema patrón de 6000 Km. de longitud, lo que equivale a permitir solo un máximo de 25 segundos de interrupción del año por cada enlace.

Por enlace o radioenlace se entiende el tramo de transmisión directa entre dos estaciones adyacentes, ya sean terminales o repetidoras, de un sistema de microondas. El enlace comprende los equipos correspondientes de las dos estaciones, como así mismo las antenas y el trayecto de propagación entre ambas. De acuerdo con las recomendaciones del CCIR, los enlaces, deben tener una longitud media de 50 Km.

Las empresas industriales que emplean sistemas de telecomunicaciones también hablan de una confiabilidad media del orden de 99.9999%, o sea un máximo de 30 segundos de interrupciones por año, en los sistemas de microondas de largo alcance.

Los cálculos estimados y cómputos de interrupciones del servicio por fallas de propagación, emplean procedimientos parcial o totalmente empíricos. Los resultados de dichos cálculos generalmente se dan como tiempo fuera de servicio (TFS) anual por enlace o porcentaje de confiabilidad por enlace.

La confiabilidad de los enlaces de microondas puede darse según fallas de equipo, aplicándose cálculos de probabilidad.

Los resultados de los cálculos de confiabilidad de los equipos de microondas se expresan como disponibilidad (del equipo) por enlace (D).

D = TES / TTD

Donde TES es el tiempo en servicio dentro de un período determinado y TDD es el tiempo total disponible.

Una aplicación lógica de este método de calculo es sumar las interrupciones por enlace durante el ano, causadas por:

- averías del equipo

- malas condiciones de propagación

Con el resultado se obtiene el TFS total que se puede aplicar como cifra de mérito de confiabilidad del enlace.

Ninguno de los parámetros mencionados

- Tiempo fuera de servicio anualmente,

- Confiabilidad en porcentaje o

- disponibilidad del equipo

Proporciona una dirección adecuada de la seguridad de funcionamiento del equipo, en el caso de sistemas superconfiables.

Los cálculos de TES (o tiempo disponible, D) y de TFS de los equipos de microondas siempre descansan en dos factores básicos:

- El tiempo medio (de Funcionamiento) entre falla (TMEF)

- El tiempo medio (de interrupción) hasta el servicio (TMHR).

El TMHR incluye las siguientes demoras:

- Notificación de falla ,

- Viaje hasta el lugar de instalación del equipo averiado,

- Determinación del carácter de la falla y tiempo que realmente se ocupa para efectuar la reparación o el reemplazo necesario.

Por lo tanto el TMHR representa el promedio de tiempo real fuera de servicio debido a fallas.

La conexión entre el TMEF y el TMHR determina la relación de TFS de servicio debido a fallas.

La conexión entre el TMEF y el TMHR determina la relación de TFS(tiempo no disponible o ND)

TFS (ND) = TMHR / TMEF

TES (D) + 1 -ND

TFS anual = 8760 * (ND) horas

El concepto de confiabilidad esta dado por confiabilidad = TES * 100%

En un sistema redundante:

ND = 5 / 5000 =0.001 = 0.1%

Para el TMHR se ha tomado como ejemplo un valor de 5 horas que, como se ha mencionado, incluye todo el tiempo que transcurre desde el instante en que se produce una avería hasta que el equipo ha sido reparado y puesto nuevamente en servicio. También se supone un TMEF de 5000 horas para cada juego de equipo. Comprende aproximadamente a un procedimiento de dos fallas por año, fallas reales

por que no hay duplicación de equipo.

D = 1 - 0.001 = 0.999 = 99.9%

TFS anual = 0.001 * 8760 = 8.76 horas

En un sistema redundante, se supone que se utilizan dos juegos de equipos, interconectados por conmutadores y detectores automáticos para el traspaso instantánea del equipo en servicio al de reserva en caso de avería. también se supone

TMEF = 5000 horas cada juego de equipo y

TMHR = 5 horas para cualquier falla.

Cualquier falla en un solo juego de equipo no interrumpe el servicio. La interrupción solo puede ocurrir si se produce falla en ambos juegos simultáneamente.

Suponiendo que las falla de los dos juegos de equipos del enlace se producen en forma errática e independiente.

(TMEF) red = (TMEF)² / TMHR

Luego,

(TMEF) red = (5000)² / 5 = 5000000 horas = 570 anos

con los valores supuestos, el tiempo medio de funcionamiento entre fallas del enlace(averías reales del sistema) seria de 570 anos.

La relación TFS del enlace (D red) esta dada por

ND red= TMHR / (TMEF)red = (TMHR/ TMER)² = (5 / 5000)² = 0.001%

D red = 1 - 0.00001 = 0.9999 = 99.9999%

TFS anual = 0.000001 * 8760 = 0.0876 hr = 32 seg.

En base a los valores empleados, las características de confiabilidad del equipo de un enlace puede especificarse como 32 segundos de TFS anual, esta cifra es solo una abstracción matemática. Como la duración de cualquier averiada en indivisible, puede suceder que en un ano determinado no ocurra ninguna interrupción.

De producirse una falla, esta tendría que ser mucho mas prolongada (las 5 horas tomadas como ejemplo).

El tiempo de restablecimiento estipulado en horas tendrá que ser acompañando de un valor equivalente de TMEF calculando en millones de horas (o sea cientos de años) para obtener una confiabilidad de 99.9999% por enlace.

TMEF = 10^ TMHR

Por ejemplo el tiempo de reparación es de 5 horas, el TMEF debe ser de 5000000 de horas = 570 anos. Si el tiempo de reparación es de 1 hora, el TMEF debe ser 1000000 de horas = 14 anos.

El valor de 32 segundos de TFS en la practica carece de significado efectivo ya que no puede existir en realidad, excepto como una improbable serie de coincidencias. El enlace tendría que funcionar por lo menos durante 570 anos para poder verificar el valor de confiabilidad; en dicho período habrían 569 anos sin ninguna falla y un ano cualquiera con 5 horas de interrupción.

los parámetros de disponibilidad o confiabilidad solo tendrían significado como rendimiento medio en un período de unos 10000 anos, o sea en 10000 enlaces.

En la práctica, para el cálculo de confiabilidad se presentan limitaciones impuestas por el hecho de que los sistemas de microondas generalmente deben funcionar con estaciones repetidoras distribuidas en una amplia región geográfica, incluso algunos puntos de difícil acceso. Este problema se agudiza en el caso de sistemas de muy largo alcance en que se necesita con mayor razón una confiabilidad elevada. Por lo tanto, la suposición de que el TMHR será menor de 1 o 2 horas, no esta de acuerdo con la realidad, incluso, la suposición de un TMHR de 5 horas, puede ser demasiado optimista.

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