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Pérdida de ruta de señal de radio

Pérdida de ruta de señal de radio

La pérdida de ruta de radio es un factor clave en el diseño de cualquier sistema de comunicación por radio o sistema de comunicación inalámbrica.

Es un hecho que cualquier señal de radio sufrirá atenuación cuando viaja desde el transmisor al receptor. Una variedad de fenómenos diferentes dan lugar a esta pérdida de trayecto de radio.

Comprender las causas de la pérdida de ruta de radio permite diseñar cualquier sistema para que funcione al máximo a pesar de los diversos problemas que lo afectan.

¿Cómo afecta la pérdida de trayecto de radio a los sistemas?

La pérdida de la trayectoria de la señal de radio determinará muchos elementos del sistema de comunicaciones por radio o del sistema de comunicaciones inalámbricas, en particular, la potencia del transmisor y las antenas, especialmente su ganancia, altura y ubicación general. Esto es cierto para cualquier frecuencia que se utilice.

Para poder planificar el sistema, es necesario comprender las razones de la pérdida de la ruta de radio y poder determinar los niveles de pérdida de señal para una ruta de radio determinada.

La pérdida del trayecto radioeléctrico a menudo se puede determinar matemáticamente y estos cálculos se realizan a menudo al preparar la cobertura o las actividades de diseño del sistema. Éstos dependen del conocimiento de las propiedades de propagación de la señal.

En consecuencia, los cálculos de pérdida de trayecto de radio se utilizan en muchas herramientas de levantamiento de radio e inalámbricas para determinar la intensidad de la señal en varios lugares. Estas herramientas de levantamiento inalámbrico se utilizan cada vez más para ayudar a determinar cuáles serán las intensidades de la señal de radio antes de instalar el equipo. Para los operadores celulares, las encuestas de cobertura de radio son importantes porque la inversión en una estación base de macrocélula es alta. Además, las herramientas topográficas inalámbricas brindan un servicio muy valioso para aplicaciones como la instalación de sistemas LAN inalámbricos en oficinas grandes y otros centros porque permiten resolver problemas antes de la instalación, lo que permite reducir considerablemente los costos. En consecuencia, se está dando una importancia cada vez mayor a las herramientas y software de topografía inalámbricos.

Conceptos básicos de pérdida de trayectoria de radio

La pérdida de la trayectoria de la señal es esencialmente la reducción de la densidad de potencia de una onda o señal electromagnética a medida que se propaga por el entorno en el que viaja. Esto afecta a todos los sistemas de comunicación por radio, radiodifusión y comunicación inalámbrica.

Hay muchas razones para la pérdida de la ruta de radio que pueden ocurrir:

  • Pérdida de espacio libre: La pérdida de espacio libre se produce cuando la señal viaja a través del espacio sin ningún otro efecto que atenúe la señal; seguirá disminuyendo a medida que se propaga. Esto se puede considerar como la señal de comunicaciones de radio que se extiende como una esfera cada vez mayor. Como la señal tiene que cubrir un área más amplia, la conservación de energía nos dice que la energía en cualquier área dada se reducirá a medida que el área cubierta se haga más grande.
  • Difracción: La pérdida de la trayectoria de la señal de radio debido a la difracción se produce cuando aparece un objeto en la trayectoria. La señal puede difractar alrededor del objeto, pero se producen pérdidas. La pérdida es mayor cuanto más redondeado es el objeto. Las señales de radio tienden a difractarse mejor alrededor de bordes afilados, es decir, bordes afilados con respecto a la longitud de onda.
  • Multitrayecto: En un entorno terrestre real, las señales se reflejarán y llegarán al receptor a través de varios caminos diferentes. Estas señales se pueden sumar o restar unas a otras dependiendo de las fases relativas de las señales. Si se mueve el receptor, el escenario cambiará y la señal recibida en general variará según la posición. Los receptores móviles (por ejemplo, teléfonos de telecomunicaciones móviles) estarán sujetos a este efecto, que se conoce como desvanecimiento de Rayleigh.
  • Pérdidas por absorción: Las pérdidas por absorción ocurren si la señal de radio pasa a un medio que no es totalmente transparente a las señales de radio. Hay muchas razones para esto, que incluyen:
    • Edificios, muros, etc: Cuando las señales de radio pasan a través de materiales densos como paredes, edificios o incluso muebles dentro de un edificio, sufren atenuación. Es particularmente aplicable a las comunicaciones celulares: en edificios, casas, etc., las señales se reducen considerablemente. La atenuación de la señal de radio es más pronunciada para las bandas móviles de frecuencia más alta. 2,2 GHz frente a 800/900 MHz.
    • Humedad atmosférica: A altas frecuencias de microondas, la pérdida del trayecto de radio aumenta como resultado de la precipitación o incluso de la humedad del aire. La pérdida de la trayectoria de la señal de radio puede variar según las condiciones meteorológicas. Sin embargo, esto normalmente solo tiene un efecto notable más allá de la región de microondas.
    • Vegetación: En bosques densos se encuentra que las señales incluso a frecuencias más bajas se reducen considerablemente. Esto ilustra que la vegetación puede introducir niveles considerables de pérdida de trayecto de radio. Los árboles y el follaje pueden atenuar las señales de radio, especialmente cuando están mojados.
  • Terreno: El terreno sobre el que viajan las señales tendrá un efecto significativo en la señal. Obviamente, las colinas que obstruyen el camino atenuarán considerablemente la señal, a menudo imposibilitando la recepción. Además, a bajas frecuencias, la composición de la tierra tendrá un efecto marcado. Por ejemplo, en la banda de onda larga, se encuentra que las señales viajan mejor sobre terrenos más conductores, p. Ej. caminos marítimos o sobre áreas pantanosas o húmedas. El terreno arenoso seco proporciona niveles más altos de atenuación.
  • Atmósfera: La atmósfera puede afectar las rutas de las señales de radio.
    • Ionosfera: A frecuencias más bajas, especialmente por debajo de 30 - 50MHz, la ionosfera tiene un efecto significativo, reflejándolas (o refractando más correctamente) a la Tierra. Sin embargo, al pasar por algunas regiones, especialmente la región D y, en menor medida, la región E, las señales pueden sufrir atenuación en lugar de reflexión / refracción. Esto puede introducir una pérdida significativa de trayecto de radio.
    • Troposfera: A frecuencias superiores a 50 MHz y más, la troposfera tiene un efecto importante, refractando las señales de regreso a la tierra como resultado del cambio del índice de refracción. Para la transmisión UHF, esto puede extender la cobertura a aproximadamente un tercio más allá del horizonte. La refracción a veces puede significar que la señal que normalmente alcanzaría un área determinada puede refractarse lejos de ella.

Estas razones representan algunos de los principales elementos que causan la pérdida de la ruta de la señal para cualquier sistema de radio.

Predecir la pérdida de trayecto de radio

Una de las razones clave para comprender los diversos elementos que afectan la pérdida de la ruta de la señal de radio es poder predecir la pérdida para una ruta determinada o predecir la cobertura que se puede lograr para una estación base, estación de transmisión, etc.

Aunque la predicción o la evaluación pueden ser bastante precisas para los escenarios de espacio libre, para las aplicaciones terrestres de la vida real no es fácil, ya que hay muchos factores a tener en cuenta y no siempre es posible obtener evaluaciones precisas de los efectos que tendrán.

A pesar de esto, existen herramientas de levantamiento inalámbricas y programas de software de predicción de cobertura de radio que están disponibles para predecir la pérdida de ruta de radio y estimar la cobertura. Se utilizan diversos métodos para realizar esto.

La pérdida de trayectoria en el espacio libre varía en intensidad como una ley del cuadrado inverso, es decir, 1 / (rango)2, o 20 dB por década de aumento de rango. Este cálculo es muy simple de implementar, pero los cálculos terrestres reales de la pérdida de la ruta de la señal son mucho más complicados. Para mostrar cómo una situación de la vida real puede alterar los cálculos, a menudo los operadores de telefonía móvil pueden modificar la ley del cuadrado inverso a 1 / (rango)norte donde n puede variar entre 3,5 y 5 como resultado de los edificios y otras obstrucciones entre el teléfono móvil y la estación base.

La mayoría de las predicciones de pérdida de ruta se realizan mediante las técnicas que se describen a continuación:

  • Métodos de estadística: Los métodos estadísticos para predecir la pérdida del trayecto de la señal se basan en pérdidas medidas y promediadas para tipos típicos de enlaces de radio. Estas cifras se ingresan en el modelo de predicción que puede calcular las cifras en función de los datos. Se puede utilizar una variedad de modelos dependiendo de la aplicación. Este tipo de enfoque se utiliza normalmente para planificar redes celulares, estimar la cobertura de enlaces PMR (radio móvil privada) y planificar la cobertura de transmisión.
  • Enfoque determinista: Este enfoque para la predicción de cobertura y pérdida de trayectoria de la señal de radio utiliza las leyes físicas básicas como base para los cálculos. Estos métodos deben tener en cuenta todos los elementos dentro de un área determinada y, aunque tienden a dar resultados más precisos, requieren muchos datos adicionales y poder computacional. En vista de su complejidad, tienden a usarse para enlaces de corto alcance donde la cantidad de datos requeridos cae dentro de límites aceptables.

Estas herramientas de levantamiento inalámbrico y paquetes de software de cobertura de radio están aumentando en sus capacidades. Sin embargo, sigue siendo necesario tener un buen conocimiento de la propagación de radio para poder introducir las cifras correctas e interpretar los resultados satisfactoriamente.

Para cualquier transmisión de radio dada, es probable que la pérdida de la ruta de radio sea causada por varios factores diferentes. Esto a menudo dificulta los cálculos precisos de pérdida de trayecto de radio. Sin embargo, incluso si no son tan precisos como siempre quisiera, los cálculos de pérdida de trayecto radioeléctrico permiten diseñar el equipo para cumplir con los requisitos.

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