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Ejemplos de aplicación

Comparación de la potencia recibida y la dispersión del retardo en un entorno urbano

El siguiente ejemplo ilustra la capacidad de Wireless InSite para calcular la potencia recibida y la dispersión del retardo para un sistema microcelular situado en un entorno urbano. Los resultados de Wireless InSite se comparan con las mediciones presentadas en [1]. El documento proporciona datos recogidos durante una campaña de medición llevada a cabo en el centro de Helsinki, Finlandia. Un transmisor móvil, montado en un carro, se desplazó a lo largo de seis rutas diferentes en Helsinki. Las mediciones se realizaron en estaciones base receptoras fijas. En la figura 1 se indica la ubicación de las rutas del transmisor y de la estación base. Los datos recogidos se ordenaron para proporcionar la potencia recibida en función de la distancia para cada ruta de transmisor.

Configuración del problema

Utilizando el editor de ciudades de Wireless InSite, se creó un modelo del centro de Helsinki a partir de la información proporcionada en la Figura 1. Las alturas de los edificios y los edificios adicionales se incluyeron a partir de la información proporcionada en [2 ,3 ]. Las alturas de los edificios y los edificios adicionales se incluyeron a partir de la información proporcionada en [2 ,3 ]. En la figura 2 se muestra una proyección ortográfica tridimensional del modelo de ciudad. Dado que no se proporcionaron materiales de construcción específicos, todos los edificios se modelaron como un único tipo de material con una permitividad de 5. Este es el mismo valor utilizado por Elliot para la permitividad. Este es el mismo valor utilizado por El-Sallabi, et. al., en sus simulaciones numéricas [1].

 

Figura 1. Mapa de Helsinki , Finlandia.

Figura 1: Mapa de Helsinki , Finlandia.

 

Figura 2. Modelo InSite inalámbrico del centro de Helsinki.

Figura 2: Modelo InSite inalámbrico del centro de Helsinki.

 

Transmisores/Receptores

Con un modelo de Helsinki, ya se pueden especificar las ubicaciones del transmisor y los receptores. La campaña de medición real utilizó una ubicación fija del receptor y una antena móvil para recoger datos. Para simplificar, el sistema se modeló como si tuviera un único transmisor situado en la estación base y rutas de receptores a lo largo de los trayectos recorridos por el transmisor. Intercambiar la ubicación del transmisor y el receptor crea un problema análogo y no afecta a los resultados de la simulación porque las rutas de propagación entre dos puntos cualesquiera son independientes de qué punto se designe como transmisor o receptor.

En la figura 3 se indica la ubicación de la estación base (punto verde) y las rutas de los receptores (líneas rojas). Para la antena transmisora se utilizó una antena direccional de polarización vertical. Como forma de onda emitida se utilizó una sinusoide de 2,154 GHz con un ancho de banda de 100 MHz. Las vías del receptor se modelaron como antenas omnidireccionales polarizadas verticalmente. En las figuras 4 y 5 se enumeran los parámetros adicionales utilizados por Wireless InSite para definir los patrones de antena del transmisor y el receptor.

 

Figura 3. Rutas de los receptores y ubicación de las estaciones base. 

Figura 3: Rutas de los receptores y ubicación de las estaciones base.

 

Figura 4. Descripción de la antena.

Figura 4: Descripción de la antena.

 

Figura 5. Descripción de la antena receptora.

Figura 5: Descripción de la antena receptora.

 

La propagación de la señal se calculó utilizando un modelo de cañón urbano con un máximo de 10 reflexiones, 2 difracciones y permitiendo 5 reflexiones entre difracciones. No se tuvieron en cuenta las transmisiones por encima o a través de edificios. Esta suposición es razonable teniendo en cuenta las alturas relativamente bajas del transmisor (3 m) y los receptores (1,8 m) en comparación con las alturas de los edificios circundantes (~25 m).

Resultados de las calles perpendiculares - Rutas CD, GH, LM y PQ

Utilizando Wireless InSite, las predicciones de potencia recibida y dispersión del retardo se compararon con las mediciones y los resultados numéricos presentados en el artículo de El-Sallabi [1]. Las líneas rojas de los gráficos representan la salida de Wireless InSite y las líneas negras son las mediciones. Los siguientes gráficos, Figuras 6-9, demuestran la capacidad de Wireless InSite para igualar la potencia medida recibida en la calle perpendicular a la dirección de la antena transmisora. Teniendo en cuenta la falta de información específica sobre las propiedades de los materiales de construcción y la ubicación exacta de los edificios, los resultados reproducen las mediciones con buena precisión.

 

Figura 6. Potencia recibida a lo largo de la ruta CD Potencia recibida a lo largo de la ruta CD.

Figura 6: Potencia recibida a lo largo de la ruta CD.

 

Figura 7. Potencia recibida a lo largo de la ruta GH.

Figura 7: Potencia recibida a lo largo de la ruta GH.

 

Figura 8. Potencia recibida a lo largo de la ruta LM.

Figura 8: Potencia recibida a lo largo de la ruta LM.

 

Figura 9. Potencia recibida a lo largo de la ruta PQ.

Figura 9: Potencia recibida a lo largo de la ruta PQ.

 

Calle Paralela - Ruta IJ

En la figura 10 se comparan los resultados de Wireless InSite con la ruta IJ, que discurre paralela al transmisor direccional. Los resultados numéricos de la potencia recibida en la ruta IJ coinciden con las mediciones, con una pequeña desviación en los valores máximos.

 

Figura 10. Potencia recibida a lo largo de la ruta IJ.

Figura 10. Potencia recibida a lo largo de la ruta IJ.

 

Modelización de los efectos del follaje en la ruta IJ

El-Sallabi atribuyó la sobrepredicción numérica de la potencia recibida prevista a lo largo de la ruta IJ a los efectos de una hilera de árboles paralela a la ruta. Wireless InSite es capaz de incluir los efectos del follaje en los modelos de propagación. Para ilustrar esta capacidad, se añadió un elemento de follaje en medio de la calle junto a la ruta IJ (véase la figura 11). El elemento tenía 10 m de ancho y se le asignó una atenuación de 0,25 dB/metro. La inclusión del follaje aumenta la concordancia entre los resultados de InSite y las mediciones, especialmente entre 50-125 m. En la Figura 12, la línea verde representa la potencia recibida teniendo en cuenta el follaje, mientras que la roja es sin el follaje.

 

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Figura 11. Follaje cerca de la ruta IJ.

 

Figura 12. Potencia recibida a lo largo de la ruta IJ con efectos de follaje.

Figura 12. Potencia recibida a lo largo de la ruta IJ con efectos de follaje.

 

Referencias

  1. H. M. El-Sallabi, G. Liang, H. L. Bertoni, I. T. Rekanos y P. Vainikainen, "Influence of Diffraction Coefficient and Corner Shape on Ray Prediction of Power and Delay Spread in Urban Microcells", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol 50, pp. 703-712, mayo de 2002.
  2. W. Zang, "Fast Two-Dimensional Diffraction Modeling for Site-Specific Propagation Prediction in Urban Microcellular Environments", IEEE Trans. Veh. Technol. vol 49, pp. 428-436, marzo de 2000.
  3. K. Kalliola, K. Sulonen, H. Laitinen, O. Kivekas, J. Krogerus y P. Vainikainen, "Angular Power Distribution and Mean Effective Gain of Mobile Antenna in Different Propagation Environments", IEEE Trans. Veh. Technol. vol 51, pp. 823-838, septiembre de 2002.