Tema 3 · Desvanecimientos

Desvanecimientos y mecanismos de protección

Umbral, desvanecimiento y calidad; causas; atenuador, CAG y ATPC con su margen dinámico

Idea clave. La potencia recibida no es fija: a ratos se desvanece. Mientras no baje del umbral $TH$ , el enlace funciona. Los mecanismos de protección absorben esas variaciones para que al demodulador le llegue siempre $TH$ , y el desvanecimiento que aguantan es su margen dinámico $MD$ , que es también el margen frente a desvanecimientos $FM$ .

Desvanecimiento, umbral y calidad

Desvanecimiento: disminución de la potencia recibida $P_{rx}$ respecto a la de condiciones normales. Es una variable aleatoria en el tiempo y en el espacio.
Umbral o sensibilidad, $TH$ : el mínimo valor de potencia recibida con el que se recupera la información.
Máximo desvanecimiento: la disminución que deja la potencia recibida justo en el umbral.

La calidad de un servicio se mide con la probabilidad $P(P_{rx} > TH)$ , de tres formas:

Disponibilidad: porcentaje de tiempo en que el sistema funciona según los requisitos frente a las perturbaciones fijadas.
Fidelidad (inteligibilidad): porcentaje de tiempo en que el sistema está disponible y la señal recibida se parece a la transmitida dentro de los requisitos.
Cobertura: porcentaje de ubicaciones de la zona de servicio donde se cumplen los requisitos.

Causas de los desvanecimientos

Causa	Qué pasa	Qué calidad afecta
Centelleo	Pequeñas irregularidades de la troposfera	No afecta a la calidad
Variación del factor K	El terreno se acerca al rayo cuando K baja	Se evita con la altura de las antenas, usando $K_{99{,}9}$
Hidrometeoros	Atenuación añadida por lluvia, nieve o niebla; cortes largos (más de 10 s)	Disponibilidad
Equipos	Fallos que interrumpen el enlace; cortes largos (más de 10 s)	Disponibilidad
Multitrayecto	Suma destructiva de varios rayos; cortes cortos (menos de 10 s)	Fidelidad
Sombras	Atenuación por difracción en distintas ubicaciones	Cobertura

Para la disponibilidad se suman las dos causas de cortes largos:

U_{total}\,(\%) = U_{lluvia}\,(\%) + U_{equipos}\,(\%)

Mecanismos de protección

El objetivo es que la potencia entregada al demodulador sea constante e igual a la mínima necesaria para demodular bien: $TH$ . Hay tres formas de conseguirlo, según dónde está el elemento variable:

Mecanismo	Dónde	Condiciones normales (CN)	Desvanecimiento máximo (CMD)	Margen dinámico
Atenuador variable	Rx, $P_t$ constante	$P_{rx,CN} = TH + MD$	$P_{rx,CMD} = TH$	$MD = L_{vble,max} = P_{rx,CN} - TH$
Amplificador variable (CAG)	Rx, $P_t$ constante	$P_{rx,CN} = TH$	$P_{rx,CMD} = TH - MD$	$MD = G_{max} - G_{min}$
Transmisor variable (ATPC/UPC)	Tx, $P_t$ variable	$PIRE_{CN}$ tal que $P_{rx,CN} = TH$	$PIRE_{CMD} = PIRE_{CN} + MD$	$MD = PIRE_{CMD} - PIRE_{CN}$

En los tres, el desvanecimiento que se puede absorber es el margen dinámico: $FM = MD$ . ATPC son las siglas de automatic transmitted power control; en los enlaces por satélite se llama UPC (uplink power control).

Para resolver un problema:

Calcula las pérdidas básicas $L_b = L_{bf} + L_{gases} + L_{dif}$ (o $L_{ref}$ ), como en el tema 1.
Escribe el balance $P_{rx} = PIRE - L_b + G_r - L_r$ e iguálalo a lo que diga la fila del mecanismo.
Despeja lo que pidan: $P_t$ (CAG), $PIRE_{CN}$ y $PIRE_{CMD}$ (ATPC) o $MD$ (atenuador). Recuerda que $P_t = PIRE + L_t - G_t$ .

Preguntas de repaso

¿Por qué la lluvia cuenta en la disponibilidad y el multitrayecto en la fidelidad?

Por la duración de los cortes. La lluvia (y los fallos de equipos) dejan el enlace caído más de 10 s seguidos, y eso se cuenta como tiempo no disponible. El multitrayecto da cortes cortos, de menos de 10 s: el sistema sigue disponible, pero la señal llega mal. (Pregunta propia, redactada a partir de las transparencias.)

Vano con atenuador variable: PIRE = 50 dBm, Lb = 140 dB, Gr = 35 dBi, Lr = 2 dB y TH = −80 dBm. ¿Cuánto vale MD?

$P_{rx,CN} = 50 - 140 + 35 - 2 = -57$ dBm, y con atenuador $P_{rx,CN} = TH + MD$ , así que $MD = -57 - (-80) = 23$ dB. Es también el margen frente a desvanecimientos: $FM = 23$ dB. (Pregunta propia, redactada a partir de las transparencias.)

¿Qué diferencia hay entre el atenuador variable y el CAG si los dos están en el receptor?

Con atenuador, en condiciones normales llega de sobra ( $TH + MD$ ) y se quita lo que sobra; en el peor caso el atenuador queda a cero. Con CAG, en condiciones normales llega justo $TH$ y, cuando la señal cae, el amplificador pone lo que falta, hasta $MD$ dB. El primero necesita más PIRE; el segundo, un amplificador con margen de ganancia. (Pregunta propia, redactada a partir de las transparencias.)

Material del curso usado: Transparencias del tema 3: «Desvanecimientos y calidad en radioenlaces» · Formulario propio.