Modelar sistemas de comunicación dentro de espacios cerrados como alcantarillas, minas o túneles puede resultar difícil debido a las interacciones que se producen en el espacio cerrado. Estas complicadas interacciones incluyen múltiples reflexiones, múltiples rebotes en el suelo, difracciones en las esquinas, etc. Cada una de estas interacciones es un elemento vital para calcular con precisión la potencia recibida. Wireless InSite de Remcom no sólo modela cada interacción, sino que proporciona una forma eficiente y racionalizada de crear un modelo cerrado.
El análisis de la comunicación centrado en las alcantarillas u otros espacios cerrados es importante porque el entorno que rodea al sistema es muy diferente al de zonas más abiertas. La comunicación con diversas partes de una alcantarilla es vital para garantizar la seguridad y eficacia de la operación. Saber cómo se comportará el equipo de comunicación en el escenario real ayuda a los ingenieros de diseño a garantizar la cobertura de toda la alcantarilla.
Una aplicación en la que es necesaria una comunicación precisa es durante una operación de rescate en una mina, donde la comunicación con el personal atrapado o los equipos de rescate es vital. Otra aplicación son los carros o vehículos guiados automáticamente dentro de la mina que transportan personal, equipos o productos hacia y desde diversas partes de la mina. Estas son sólo algunas de las aplicaciones que requieren un sistema de comunicación fiable dentro de la mina o alcantarilla. Modelar estos escenarios antes de instalar los equipos es fundamental para diseñar correctamente estos sistemas. Ahorra tiempo al permitir modificar varias entradas para lograr la mejor solución posible antes de comprar el pesado y costoso equipo y realizar las mediciones reales.
Wireless InSite cuenta con un asistente de diseño de alcantarillas disponible en la pestaña Extensiones de la Ventana de Preferencias. La Ventana de Creación permite definir alcantarillas de cualquier longitud, cualquier diámetro, de 4 a 32 lados, y una única curvatura de 0, 45, -45, 90 ó -90 grados.
En este ejemplo, se creará una alcantarilla recta y cuadrada utilizando el asistente de diseño de alcantarillas Wireless InSite y se colocará un transmisor en la entrada de la alcantarilla. A continuación, se mostrará un gráfico de cobertura de los resultados que proporcionará resultados en toda la alcantarilla para determinar lo bien que puede comunicarse el transmisor. Todos estos pasos pueden realizarse fácil y eficientemente en Wireless InSite, más rápidamente que midiendo los datos sobre el terreno. Se ha demostrado que los resultados proporcionados por Wireless InSite se corresponden bien con los datos medidos[1].
La figura 1 muestra la ventana de creación. Se ha definido una alcantarilla recta de 30 m y 4 lados. El material asignado es Tierra Mojada, cuya definición se encuentra en la biblioteca de materiales de Wireless InSite. La figura 2 muestra la alcantarilla dentro del software.
Figura 1: Ventana de la herramienta de modelado de alcantarillas en Wireless InSite.
Figura 2: Ventana de la herramienta de modelado de alcantarillas dentro de la ventana Wireless InSite.
El siguiente paso consiste en definir el transmisor y los receptores que corresponden al sistema modelado. En este caso, el transmisor se encuentra a la entrada de la alcantarilla y se define como un dipolo de media onda que funciona a 1,3 GHz. El primer conjunto de receptores es una línea vertical de receptores que se extiende desde el suelo hasta el techo de la alcantarilla y recorre toda su longitud. El segundo conjunto de receptores es una línea horizontal que abarca el diámetro de la abertura de la alcantarilla y se extiende a lo largo de la misma a la altura del transmisor. Los conjuntos de receptores están definidos por antenas isótropas que reciben a 1,3 GHz. La figura 3 muestra la ubicación del transmisor y los receptores en la escena.
Figura 3: Ubicación de transmisores y receptores en la interfaz gráfica de usuario de Wireless InSite.
Una vez colocados el transmisor y los receptores, el siguiente paso es definir los límites del área de estudio. Esto establece los límites del espacio de cálculo dentro del software. En este caso concreto, el área de estudio debe definirse directamente alrededor de la alcantarilla. Esto ahorrará tiempo y memoria cuando se realice el cálculo porque el área de interés está sólo en la alcantarilla. Cualquier área fuera de la alcantarilla será ignorada. La figura 4 muestra el área de estudio alrededor de la alcantarilla.
Figura 4: Límites del área de estudio en Wireless InSite.
Figura 5: Ventana de propiedades del área de estudio.
El modelo de propagación se elige dentro del menú de propiedades del área de estudio, como se ve en la Figura 5. En este caso se ha elegido Full 3D. Full 3D es un modelo de trazado de rayos de disparo y rebote (SBR) dentro de Wireless InSite. Las interacciones se definieron en 16 reflexiones, 0 transmisiones y 0 difracciones. Estos límites indican al motor cuántas interacciones puede encontrar un rayo antes de que deje de considerarse activo. El espaciado de los rayos se fijó en 0,03 grados, lo que indica al motor lo cerca que deben dispararse los rayos. Una mayor densidad de rayos en la escena resulta en un mayor número de interacciones entre los rayos y las caras en la escena, lo que teóricamente resulta en una mayor precisión en los resultados; sin embargo, hay un par de compensaciones. La primera es que cuantos más rayos se disparen en la escena, más largos serán los tiempos de ejecución. La segunda desventaja es que hay un punto de rendimiento decreciente en el que los resultados cambian muy poco al aumentar la densidad del conjunto de rayos. En la mayoría de los ejemplos de alcantarillas, el espaciado de rayos con Full 3D puede establecerse en 0,1 grados. En este caso, se utilizó una malla más densa para mostrar las capacidades.
Una vez realizado el cálculo, pueden examinarse los resultados para ver cómo se comporta el sistema en la alcantarilla. La figura 6 muestra la potencia recibida del conjunto de receptores verticales. La figura 7 muestra la potencia recibida del receptor horizontal. La alcantarilla actúa casi como una guía de ondas en los resultados. Hay interferencia constructiva y destructiva como se ve en cada figura. La figura 8 muestra la potencia vertical recibida utilizando un punto de vista diferente dentro del software.
Figura 6: Potencia recibida para el plano vertical de los receptores.
Figura 7: Potencia recibida para el plano horizontal de los receptores.
Figura 8: Potencia recibida para el plano vertical de los receptores cuando miran hacia el interior de la alcantarilla.
Además de la potencia recibida, pueden verse las trayectorias de los rayos. La figura 9 muestra las trayectorias de los rayos dentro de la alcantarilla.
Figura 9: Trayectorias de los rayos para el plano vertical de los receptores.
Wireless InSite tiene la capacidad de crear películas de los rayos propagándose por el espacio como se ve en el Vídeo 1. EField también puede visualizarse en forma de película. El vídeo 1 muestra los rayos propagándose por la alcantarilla.
Este ejemplo de Wireless Insite muestra el rendimiento de un transmisor que funciona en un entorno de alcantarillas. Los resultados se examinaron en dos planos diferentes para mostrar cómo afectan las alcantarillas a la distribución de energía del transmisor. Además, se examinaron las trayectorias de los rayos en distintos puntos a lo largo de las rejillas receptoras. Wireless InSite proporciona una forma eficaz de modelar alcantarillas y otros escenarios cerrados con resultados precisos. La siguiente fase de trabajo para este ejemplo concreto podría consistir en añadir a la escena más obstáculos como curvas, carros, etc. Además, sería interesante explorar la posibilidad de cambiar la composición de los materiales de la alcantarilla. Todo esto puede hacerse fácilmente con el software Wireless InSite.
Referencia
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Jamie Knapil Infantolino, Adam J. Kuhlman, Manoja D. Weiss y Randy L. Haupt; "Modeling RF Propagation in Mines Using Wireless InSite", Applied Computational Electromagnetics Society Conference, Monterey, CA, del 24 al 29 de marzo de 2013.
