Indisponibilidad en un radioenlace

Definición

La indisponibilidad o corte de un radioenlace, se produce cuando la señal recibida no alcanza el nivel de calidad mínimo exigido. Esto produce un aumento significativo de la tasa de error (BER) en el mismo. En otras palabras, existe una interrupción del servicio ya que el sistema receptor no es capaz de recuperar correctamente la señal.

Causas

Existen diferentes causas de las interrupciones, las más comunes son las siguientes:

• Ruido externo e interferencias
• Atenuación por factores climáticos (por ejemplo la lluvia)
• Obstrucción del haz
• Desvanecimientos de la señal radioeléctrica
• Fallos y desperfectos de los equipos

Como se ha mencionado, la indisponibilidad en un radioenlace se debe a una disminución del nivel de potencia recibida por debajo del umbral de sensibilidad del equipo receptor.

Atenuación por factores climáticos (lluvia)

Por lo general, la atenuación por lluvia puede despreciarse para frecuencias por debajo de 5 GHz, sin embargo se recomienda que debe incluirse en los cálculos de diseño a frecuencias superiores ya que su participación aumenta de forma significativa. La Recomendación UIT-R 838 es la que explica como abordar esta situación, mediante la siguiente fórmula:

γ = kR^α

• γ hace referencia a la atenuación específica, su unidad es dB/km, y se obtiene a partir de la intensidad de lluvia R(mm/h)

• k y α son constantes que dependen de la frecuencia y de la polarización de la onda electromagnética

A continuación se muestran algunos valores para estas constantes, a diferentes frecuencias y polarizaciones (horizontal o vertical):

En el siguiente gráfico se pueden observar diferentes curvas de atenuación específica por lluvia en función de la frecuencia y para distintos valores de precipitación. A medida que aumenta la frecuencia y la tasa de precipitación, mayor atenuación se presentará en el radioenlace.

Obstrucción del Haz

En muchas ocasiones pueden producirse pérdidas en un radioenlace debido a la presencia de obstáculos entre el transmisor y receptor. Para modelar y calcular estas pérdidas podemos utilizar las Zonas de Fresnel.

Las Zonas de Fresnel son elipsoides que poseen distintos radios cada vez mayores, que nos ayudan a la hora de diseñar radioenlaces conociendo las posibles perdidas de potencia que podríamos tener en nuestra señal.

Es muy probable que en un radioenlace tengamos un obstáculo que puede interferir en nuestra comunicación. Este puede ser un árbol, edificio, vegetación, etc.

Utilizamos la siguiente fórmula para calcular los radios de Fresnel:

R_n = √[(n*λ*d1*d2)/d]

Donde:

• n: Es el número de Radio de Fresnel. (R1 es n=1, R2 es n=2, …)
• λ: Longitud de onda del radioenlace, en metros. (λ = c/f)
• d1: Distancia desde la antena transmisora al punto en el cual se quiere calcular el radio de Fresnel, en metros.
• d2: Distancia restante a la antena receptora, en metros.
• d: Distancia entre la antena receptora y transmisora, en metros.

Para que nuestro sistema de comunicación sea estable y no sufra interrupciones, el primer radio de Fresnel debe estar libre en un 60%, es decir que la distancia desde donde finaliza el obstáculo hasta la línea de vista entre las antenas (R obs. en la imagen de abajo) debe ser el 60% del primer radio de Fresnel.

Si deseas ahondar más en este tema, puedes visitar nuestro articulo relacionado a este fenómeno aquí.

Desvanecimientos de la señal

Podemos clasificar a los desvanecimientos según los siguientes criterios:

• Profundidad: éstos pueden ser profundos (3 dB aprox.) o muy profundos (> 20 dB).
• Duración: existen desvanecimientos de corta o larga duración de caracter temporal.
• Espectro: pueden afectar a todo el espectro del canal (desvanecimiento plano) o bien ser selectivos a determinadas frecuencias.
• Mecanismo: pueden existir de dos tipos, factor k y multitrayecto. Los primeros se producen por variaciones del índice de refracción troposférico, reduciéndose el margen libre de obstáculos. Los segundos se originan por interferencias debidas a la aparición de múltiples caminos de propagación entre el transmisor y el receptor.
• Distribución probabilística: De tipo gaussiano, Rayleigh o Rice.
• Dependencia temporal: actúan de forma continuada o puntual.

Podemos utilizar diferentes modelos para representar la probabilidad de aparición de un desvanecimiento, los cuales dependen de diversas variables, así como factores geoclimáticos. Los más comunes en la práctica, son los debidos a propagación multitrayecto, en los que empleamos la siguiente ecuación:

P_ind(%) = P₀ · 10^−F/10 × 100,

donde, según definido por la Recomendación UIT-R P.530.:

•  P_ind: probabilidad de indisponibilidad
• F: margen frente a desvanecimientos
• P₀: factor de aparición de desvanecimiento

Para evitar los desvanecimientos, o reducirlos al máximo posible, se suelen utilizarse técnicas de diversidad. Estas, pueden clasificarse atendiendo al dominio en el que se apliquen: espacio, tiempo, frecuencia o código. Las técnicas de diversidad espacial hacen uso de dos o más antenas que determinan distintos trayectos de propagación. Dichas antenas pueden ser iguales o de características diferentes (polarización, diagrama de radiación, etc.), así como emplear técnicas MIMO. Por otro lado, las técnicas de diversidad temporal hacen uso del procesado de señal para mejorar la calidad de la señal recibida, bien trabajando con distintas frecuencias (por ejemplo, OFDM y FHSS) o códigos (por ejemplo, ecualizador Rake).

Fallos en equipos

Otro motivo que puede causar indisponibilidad en un radioenlace usualmente, son los fallos en equipos de nuestro sistema. La probabilidad que esta ocurra puede calcularse de la siguiente manera:

P_ind(%) = [ MTTR / (MTBF + MTTR) ] × 100 ≈ ( MTTR / MTBF ) × 100

donde:

• MTBF: tiempo medio entre fallos
• MTTR: tiempo medio que se tarda en reparar un equipo por el de repuesto.

Fiabilidad

La fiabilidad de los equipos de telecomunicaciones suele ser elevada, pero dado que éstos se encuentran a veces en lugares difíciles de acceder (montañas o torres de comunicaciones), cualquier falla puede tener consecuencias considerables en la calidad del servicio, debido a que puede pasar mucho tiempo hasta la correcta solución de esta. Por ello, en muchas ocasiones, resulta necesario instalar equipos redundantes. De este forma, podemos aumentar la disponibilidad del radioenlace o, lo que es lo mismo, reducir el tiempo de indisponibilidad del radioenlace.

Bibliografía

Basado y adaptado del siguiente artículo, actualmente inaccesible:
Ramos, F: Radioenlaces.es (actualmente inaccesible). Lo puedes consultar en el histórico: aquí

Libros:

• Tropeano, F: Antenas y Propagación

Última actualización el 29-04-2025 por Bruno D’Angelo